KR101155879B1 - 복합 광학시트 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
복합 광학 시트가 제공된다. 복합 광학 시트는 위상차 필름, 및 위상차 필름의 일면에 직접 형성된 보상층으로서, 위상차 필름의 면에 대해 수직으로 배향된 액정 분자들, 및 액정 분자들 사이에 분산 배치된 응력 분산제를 포함하는 보상층을 포함한다.
Description
본 발명은 복합 광학시트 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액정 디스플레이 장치 등의 광학 기능을 위해 사용되는 복합 광학시트 및 그 제조방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치(Liquid Crystal Display; LCD)는 두 개의 유리판 사이에 액정을 주입해 상하 유리판 전극에 전원을 인가하여 각 화소에 액정 분자배열이 변화함으로써 영상을 표시하는 장치이다. 음극선관 표시 장치(Cathode Ray Tube; CRT), 플라즈마 표시 장치(Plasma Display Panel; PDP) 등과는 달리 액정 표시 장치에 의한 표시는 그 자체가 비발광성이기 때문에 빛이 없는 곳에서는 사용이 불가능하다. 이러한 단점을 보완하여 어두운 곳에서의 사용이 가능하게 할 목적으로 정보 표시면에 균일하게 조사되는 광원 어셈블리를 장착한다.
액정 표시 장치에 사용되는 광원 어셈블리는 크게 2종류로 구분된다. 첫째는 액정 표시 장치의 측면에서 빛을 제공하는 에지형 광원 어셈블리고 둘째는 액정 표시 장치의 후면에서 빛을 직접 제공하는 직하형 광원 어셈블리다. 에지형 광원 어셈블리의 경우, 광원으로부터 출사된 빛이 상측으로 조사되도록 하기 위해 도광판을 구비하며, 도광판을 통과한 빛의 광학적 특성을 조절하기 위해 도광판 위쪽에 적어도 하나의 광학시트를 구비한다. 직하형 광원 어셈블리의 경우에는 광원으로부터 출사된 빛의 휘선을 감소시키기 위해 확산판을 구비하며, 확산판을 통과한 빛의 광학적 특성을 조절하기 위해 적어도 하나의 광학시트를 구비한다. 상기 적용되는 광학시트에는 확산 시트, 프리즘 시트 등을 들 수 있다.
한편, 저전력 액정표시장치에 대한 수요가 증가하고, 고휘도 디스플레이가 선호됨에 따라, 휘도를 개선하는 반사 편광필름을 채용하는 것이 바람직하다. 상기 반사 편광필름의 하나로서, 특정 원편광을 반사시키는 콜레스테릭 액정필름이 연구되고 있다.
그런데, 콜레스테릭 액정필름의 경우, 콜레스테릭 액정의 광학 이방성 등에 기인하여 시야각에 따른 파장별 투과율이 상이하다. 이러한 현상을 방지하기 위해서는 보상층과 같은 추가적인 광학시트가 필요하다. 일반적으로 많은 수의 광학시트를 적층하면 취급이 불편할 뿐만 아니라 광학 어셈블리의 두께가 증가하게 되고, 두께 증가를 최소화하기 위해 접착제를 이용하여 일체화하면, 그에 따른 휘도 저하 및 광 특성 악화 등이 수반될 수 있다.
본 발명은 이러한 점들에 근거해 착안된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 접착제의 개재없이 위상차 필름과 보상층이 일체화된 복합 광학 시트를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 휘도 개선 및 박형화가 구현된 광원 어셈블리를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 휘도 개선 및 박형화가 구현된 액정 표시 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 광학 시트는 위상차 필름, 및 상기 위상차 필름의 일면에 직접 형성되며, 호메오트로픽 액정 분자들을 포함하는 보상층을 포함하되, 상기 액정 분자들의 배향 방향은 상기 위상차 필름의 면에 대한 상기 액정 분자의 장축이 이루는 각도가 88°내지 89.5°의 범위 중 하나의 값을 중심으로 ±0.5°의 범위 내에 분포한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합 광학 시트는 위상차 필름, 및 상기 위상차 필름의 일면에 직접 형성된 보상층으로서, 상기 위상차 필름의 면에 대해 수직으로 배향된 액정 분자들, 및 상기 액정 분자들 사이에 분산 배치된 응력 분산제를 포함하는 보상층을 포함한다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 어셈블리는 상기한 바와 같은 복합 광학 시트를 포함한다.
상기 또 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 상기한 바와 같은 복합 광학 시트를 포함한다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
즉, 본 발명의 실시예들에 의하면, 위상차 필름과 보상층 사이의 접착층을 제거하고 상기 두 층을 일체로 생성함으로써 휘도가 향상된 광학시트를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에서는 위상차 필름과 보상층 간의 결합 후 UV를 조사하여 경화시키는 작업을 수행하더라도 액정의 수축력을 고르게 분산시켜 위상차 필름과 보상층 간의 결합력이 향상된 광학시트를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 광학 시트의 단면도이다.
도 2는 도 1의 A영역의 부분확대도로서, 응력 분산제를 포함하는 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 액정층이 응력 분산제를 포함하지 않은 경우의 액정 분자의 수축 응력 분포를 나타낸 개략도이다.
도 4는 액정층이 응력 분산제를 포함하는 경우의 액정 분자의 수축 응력 분포를 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 광학 시트를 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 복학 광학 시트의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
발명의 실시를 위한 형태
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층"위(on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "바로 위(directly on)" 또는 "직접 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"는 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소와 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어인 "시트"는 "～필름", "～판"의 의미로 사용될 수 있다. 이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 광학 시트의 단면도이고, 도 2는 도 1의 A영역의 부분확대도로서, 응력 분산제를 포함하는 구성을 도시한 도면이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 광학 시트(100)는 위상차 필름(10) 및 위상차 필름(10)의 일면에 형성된 보상층(20)을 포함한다.
위상차 필름(10)은 투과되는 광의 위상을 일정 파장만큼 지연시킨다. λ/4 위상차 필름(10)은 투과광의 위상을 λ/4만큼 지연시키므로, 원편광을 선편광으로 변환하는 기능을 가질 수 있다. 위상차 필름(10)은 셀룰로오스계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 아크릴로니트롤계 수지, 스티렌계 수지, 폴리올레핀계 수지 등을 일축 연신하여 형성할 수 있다. 위상차 필름(10)의 일면에는 보상층(20)이 형성된다. 보상층(20)이 콜레스테릭 액정 필름과 함께 적용되는 경우, 콜레스테릭 액정층의 복굴절율과 반대가 되는 보상필름을 사용함으로써, 시야각에 따른 색상 변화를 감소시킬 수 있다. 콜레스테릭 액정 필름은 필름 면 상에서는 등방성(nx=ny)이지만, 필름의 두께 방향으로는 굴절률이 필름 면에서의 값보다 작은 네가티브 C 플레이트(nx=ny＞nz)이다. 따라서, 보상층(20)으로 필름의 두께 방향으로의 굴절률이 필름 면 상 굴절률보다 큰 포지티브 C 플레이트(nx=ny＜nz)를 적용하면, 콜레스테릭 액정 필름의 복굴절에 의해 발생하는 위상지연을 상쇄할 수 있다.
보상층(20)으로 적용되는 포지티브 C 플레이트는 위상차 필름(10)의 면에 대하여 대략 수직 방향으로 배향된 호메오트로픽(homeotropic) 액정을 포함할 수 있다. 여기서, 대략 수직 방향이라 함은 액정의 장축이 위상차 필름(10)의 면에 대해 정확히 90°의 각을 이루는 경우뿐만 아니라, 다소간의 오차가 있는 경우를 포함한다. 예를 들면, 각 액정의 장축과 위상차 필름(10)의 면 사이의 각도들이 88°내지 90°의 범위에 포함될 수 있다. 후술하는 것처럼 액정의 수축 응력이 충분히 분산된 경우에는 위상차 필름(10)의 면에 대한 액정의 장축이 이루는 각도가 88°내지 89.5°의 범위 중 하나의 값을 중심으로 ±0.5°의 범위 내에 포함될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 상기 대략 수직 방향으로 배향된 액정은 액정 화합물을 포함하는 액정 조성물이 경화되거나 큐어링되어 이루어질 수 있다.
보상층(20)에 사용되는 상기 액정 조성물은 사이클릭 유닛 등을 함유하는 메소겐기를 분자 구조에 갖는 액정 화합물로부터 전개된 것일 수 있다. 상기 사이클릭 유닛 등을 함유하는 메소겐기의 예는 비페닐기, 페닐벤조에이트기, 페닐사이클로헥산기, 아족시벤젠기, 아조메틴기, 아조벤젠기, 페닐 피리미딘기, 디페닐아세틸렌기, 디페닐벤조에이트기, 비사이클로헥산기, 사이클로헥실벤젠기 및 테르페닐기를 포함한다. 사이클릭 유닛의 말단은 시아노기, 알킬기, 알콕시기, 또는 할로겐기와 같은 치환물을 가질 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 사이클릭 유닛 등을 함유하는 메소겐기는 비페닐기 또는 페닐벤조에이트기를 가질 수 있다.
상기 액정 화합물은 분자의 일부분에 하나 이상의 중합성 기능기를 가질 수 있다. 중합성 기능기의 예는 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 에폭시기, 및 비닐 에테르기를 포함한다.
또, 상기 액정 화합물은 분자의 일부분에 2 이상의 중합성 기능기를 가짐으로써, 중합 반응을 통하여 형성되는 가교결합 구조에 의해 내구성이 향상되는 것일 수 있다.
도 2를 참조하면, 보상층(20)은 포지티브 C 플레이트를 구현하기 위한 호메오트로픽 액정(21) 이외에 응력 분산제(22)를 더 포함할 수 있다. 응력 분산제(22)는 액정 분자들(21) 사이에 분산 배치되어, 액정 분자(21)와 위상차 필름(10) 간 거리와 무관하게 액정 분자들(21)의 수축 응력을 균일하게 한다.
도 3 및 도 4를 참조하여 응력 분산제(22)에 대해 더욱 상세히 설명한다. 도 3은 액정층(20)이 응력 분산제(22)를 포함하지 않은 경우의 액정 분자(21)의 수축 응력 분포를 나타낸 개략도이다. 도 4는 액정층(20)이 응력 분산제(22)를 포함하는 경우의 액정 분자(21)의 수축 응력 분포를 나타낸 개략도이다.
위상차 필름 상에 보상층을 형성하는 가장 일반적인 방법은 위상차 필름과 보상 필름을 별도로 형성한 다음 접착제를 이용하여 접착시키는 것이다. 그러나, 위상차 필름과 보상층 사이에 접착층이 개재되면, 휘도가 희생될 뿐만 아니라, 계면에서의 난반사로 인해 광학 특성이 저하된다.
이를 개선하기 위하여, 위상차 필름 상에 보상층을 직접 형성하는 방법이 고려될 수 있다. 예를 들어, 액정을 사용하여 보상층을 구성하는 경우, 위상차 필름의 일면에 액정 조성물을 적층하고 큐어링함으로써, 위상차 필름의 일면의 바로 위에 액정층을 직접 형성할 수 있다.
그런데, 액정 조성물은 UV 등에 의해 큐어링될 때, 각 액정 분자간 수축 응력이 발생한다. 이때, 수축 응력의 크기는 도 3에 도시된 것처럼, 위상차 필름과 액정 분자의 거리에 대체로 반비례한다. 액정 분자의 수축 응력은 위상차 필름(10)과의 계면에서 최대가 된다. 계면에서 액정 분자의 수축 응력이 크면, 일단 위상차 필름(10) 상에 수직으로 결합된 액정분자라고 할지라도, 수평 방향으로의 응력을 받아, 계면과 위상차 필름(10) 상에 형성된 액정층 간의 결합이 깨질 수 있다. 따라서, 보상층(20)과 위상차 필름(10)간 부착력이 감소하여, 복합 광학시트의 적층된 층이 박리되는 문제가 발생할 수 있으며, 완성된 제품의 수득률이 감소하여 비용 및 시간 측면에서 손해가 발생할 수 있다.
도 4를 참조하면, 액정 분자(21) 내에 응력 분산제(22)를 분산시키게 되면, 위상차 필름(10)과의 거리와 무관하게 액정 분자(21)간 수축 응력이 균일하게 분산된다. 액정 분자(21)들이 UV에 의해 경화되면서 서로 결합하게 되는데, 응력 분산제(22)를 첨가하면, 액정 분자(21) 상호 간의 결합 확률이 미세하게 감소하게 된다. 즉, 일부의 액정 분자(21)는 응력 분산제(22) 입자와 결합을 생성하게 된다. 따라서, 액정 분자(21)와 응력 분산제(22) 간의 결합 또는 액정 분자(21) 간에 미 결합된 구조가 일부 발생하여 전체적인 응력을 분산시키기 때문에 액정 분자가 수축되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 도 3의 경우와 비교하면, 보상층(20) 전체의 수축 응력이 동일하다고 하더라도, 위상차 필름(10)과의 계면에 위치하는 액정 분자(21)의 수축 응력의 크기가 감소하게 된다. 따라서, 위상차 필름(10) 위에 직접 형성된 보상층(20)의 부착력이 개선될 수 있다.
적용가능한 응력 분산제(22)에는 구체적으로 아크릴계, 우레탄계, 폴리에스터계, 실리콘계, 에스테르계 등의 반응성 올리고머 및 단관능성 (메타)아크릴레이트 모노머 또는 다관능성 (디,트리)(메타)아크릴레이트 모노머들을 포함한다. 상기 단관능성 (메타)아크릴레이트 또는 다관능성 (메타)아크릴레이트 모노머로는, 예컨대 2-하이드록시에틸(메타)아크릴레이트, 2-하이드록시프로필(메타)아크릴레이트, 테트라하이드로퍼퓨릴(메타)아크릴레이트, 부톡시 에틸(메타)아크릴레이트, 에틸디에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트, 사이클로헥실(메타)아크릴레이트, 페녹시에틸(메타)아크릴레이트, 디싸이클로펜타디엔(메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜(메타)아크릴레이트, 메틸트리에틸렌디글리콜(메타)아크릴레이트, 이소보닐(메타)아크릴레이트, N-비닐피롤리돈, N-비닐카프로락탐, 디아세톤아크릴아마이드, 이소부톡시메틸(메타)아크릴아마이드, N,N-디메틸(메타)아크릴 아마이드, t-옥틸(메타)아크릴아마이드, 디메틸아미노에틸(메타)아크릴레이트, 아크릴로일몰포린, 디싸이클로펜테닐(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨테트라(메타)아크릴레이트, 에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 1,4-부탄디올디(메타)아크릴레이트, 1,6-헥산디올디(메타)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜디(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리옥시에틸(메타)아크릴레이트, 트리싸이클로데칸디메탄올디(메타)아크릴레이트, 디싸이클로데칸디메탄올디(메타)아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 디싸이클로펜탄디(메타)아크릴레이트, 디싸이클로펜타디엔디(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있고, 상기 열거된 물질을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 또한, 폴리비닐 아세테이트, 폴리올레핀, 폴리우레탄, 폴리카프롤락톤 디올, 폴리비닐 포르말 레진, 피녹시, 폴리아미드 계열 중에서 선택된 하나 이상의 물질을 혼합하여 사용할 수 있다.
액정 분자(21)에 대한 응력 분산제(22)의 함량은 전체 액정 화합물의 0.1 내지 10％의 조성비를 가지는 것이 바람직하다. 즉, 0.1％ 이하의 조성비를 가지게 되면, 전단응력의 분산효과가 미미하여 액정(21)의 부착력이 약하고, 10％ 이상의 조성비를 가지게 되면, 앞서 살펴본 바와 같이 액정 분자(21) 상호 간의 결합 확률이 감소하게 되며 응력 분산제(22)로 인해 액정(21)의 배향력이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 이로 인해 액정 분자(21) 상호 간의 결합이 부분적으로 약화되어 빛의 투과 기능이 저하되기 때문에 부분적으로 암부가 발생할 수 있다. 또한, 이로 인해 전반적인 휘도에도 악영향을 미치게 된다. 또한, 응력 분산제(22)를 그 이상 첨가하게 되면, 액정 분자(21) 상호 간의 결합이 급격히 감소하고 응력 분산제(22)와 액정 분자(21)의 결합이 증가하여 보상층(20)으로의 기능을 상실할 수 있다는 문제가 있다. 따라서, 바람직하게는 0.1 내지 10％ 사이의 함량으로 응력 분산제(22)를 액정 화합물에 혼합하는 것이 효과적이다.
몇몇 실시예에서, 보상층(20)은 광개시제를 더 포함할 수 있다. 광개시제에 대해서는 후술하는 복합 광학시트의 제조방법에서 상세히 설명하기로 한다.
다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 복합 광학 시트는 위상차 필름(10)의 타면에 형성된 복수의 확산 비드 등으로 구성된 매트층(60)을 더 포함할 수 있다. 도면에 예시된 것처럼, 매트층(60)을 구성하는 각 확산 비드는 서로 다양한 직경을 가질 수 있다. 복수의 확산 비드는 예를 들어, 유기 비드 및 무기 비드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 유기 비드로는 아크릴, 스티렌, 멜라민 포름알데하이드, 프로필렌, 에틸렌, 실리콘, 우레탄, 메틸(메타) 아크릴레이트, 폴리카보네이트 등의 모노머를 사용하여 얻어지는 호모폴리머 또는 코폴리머 등이 예시될 수 있다. 상기 무기 비드로는 실리카, 지르코니아, 탄산칼슘, 황산바륨, 티타늄 산화물 등이 예시될 수 있다
도시하지는 않았지만, 매트층(60)에 형성된 복수의 확산 비드는 지지 코팅막에 의해 위상차 필름(10)의 타면에 지지될 수 있다. 지지 코팅막은 예를 들어 아크릴계 수지, 우레탄계 수지 및 폴리에스테르계 수지 등과 같은 열 경화성 수지 또는 에폭시아크릴레이트계 수지, 우레탄아크릴레이트계 수지, 실리콘아크릴레이트계 수지, 아크릴릭 아크릴레이트 및 에스테르 아크릴리에트 등과 같은 자외선 경화 수지를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 몇몇 실시예는 매트층(60)으로 사용되는 확산 비드 대신에 마이크로 렌즈 패턴이나 렌티큘러 렌즈를 포함할 수 있다. 이들 실시예의 더욱 구체적인 내용에 대해서는 본 기술분야의 평균적 지식을 가진 자라면 쉽게 유추할 수 있을 것이므로, 상세한 설명은 생략한다.
이하, 상술한 바와 같은 복합 광학 시트의 제조 방법에 대해 설명한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 광학 시트를 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5를 참조하면, 위상차 필름(10)을 준비한다(S1). 준비된 위상차 필름(10)은 타면에 복수의 확산 비즈가 형성된 것일 수 있다.
위상차 필름(10)의 준비와는 별도로 액정 조성물을 준비한다(S2). 액정 조성물을 준비하는 예시적인 방법을 설명하면, 용매에 액정, 광개시제 및 응력 분산제를 용해시킨다.
액정의 구체적인 물질은 상술하였으므로, 중복 설명은 생략한다.
광개시제는 공기 중에서 중합 가능한 개시제이면 제한 없이 모든 종류의 광개시제가 사용될 수 있다. 구체적으로 광개시제는 벤질 케탈류, 벤조인 에테르류, 아세토페논 유도체, 케톡심 에테르류, 벤조페논, 벤조 또는 티옥산톤계 화합물 중 선택된 1종 이상의 자유라디칼 개시제, 오늄 염(onium salts), 페로세늄 염(ferrocenium salts), 및 디아조늄염(diazonium salts) 중 선택된 1종 이상의 양이온성 개시제, 또는 이들의 혼합물 일 수 있다.
용매의 종류에는 제한이 없으며 액정을 용해할 수 있는 것이면 모두 사용이 가능하다.
이어, 준비된 위상차 필름(10)의 일면에 상기 액정 조성물을 코팅한다(S3). 액정 조성물을 코팅하는 방법으로는 롤 코팅, 딥 코팅, 스핀 코팅, 슬릿 코팅, 에어나이프 코팅, 그라비아 코팅, 롤 리버스(roll reverse) 코팅, 콤마 코팅 등이 예시될 수 있다. 코팅 두께는 0.1㎛ 내지 10㎛일 수 있다.
이어, 액정 코팅층을 건조한다(S4). 액정 코팅층의 건조는 액상의 액정 코팅층의 유동성을 감소시켜 공정 편의성을 증진하고, 후속의 경화 공정을 용이하게 하기 위해 수행한다. 상기 건조 공정은 예컨대, 열처리 장치나 오븐 등에 건조 대상을 재치하는 것에 의해 수행할 수 있다. 상기 건조 단계를 거치는 동안, 액정 코팅층 내의 액정 분자들은 서로 장축 방향으로 나란하게 배열된다. 건조 온도는 예컨대, 20℃ 내지 120℃일 수 있고, 건조 시간은 1분 내지 5분간일 수 있다.
이어, 액정 코팅층을 경화하여 보상층(20)을 형성한다(S5). 액정 코팅층의 경화를 위해 UV 조사가 이루어질 수 있다. UV 광량은 50 내지 2000 mJ/㎠ 일 수 있다. 상기의 단계를 거치게 되면, 위상차 필름(10) 상에 액정 코팅층이 경화되어 보상층(20)을 형성한다. 경화시 액정 분자의 수축이 이루어지는데, 액정 코팅층이 응력 분산제를 포함하므로, 수축력이 액정 코팅층 전역에 걸쳐 분산되어 위상차 필름(10)과의 계면에 위치하는 액정 분자의 수축력이 작아지므로, 형성된 보상층(20)과 위상차 필름(10)의 부착력이 개선될 수 있음은 상술한 바와 같다.
이상에서 설명한 복합 광학 시트는 다른 광학 시트와 결합되어 더 많은 광학 기능을 갖는 복합 광학 시트를 이룰 수도 있다. 도 6에 그 예가 도시되어 있다. 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 복학 광학 시트의 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 복합 광학 시트는 도 1의 복합 광학 시트에 기재(30)와, 기재(30)의 일면에 형성된 콜레스테릭 액정층(40)과 접착층(50)을 개재하여 적층된 구조를 갖는다.
기재(30)는 광을 투과시킬 수 있는 투명한 재질, 예컨대, 폴리카보네이트(poly carbonate) 계열, 폴리술폰(poly sulfone) 계열, 폴리아크릴레이트(poly acrylate) 계열, 폴리스티렌(poly styrene) 계열, 폴리비닐클로라이드(poly vinyl chloride) 계열, 폴리비닐알코올(poly vinyl alcohol) 계열, 폴리노르보넨(poly norbornene) 계열, 폴리에스테르(poly ester) 계열의 물질을 포함하여 이루어질 수 있다. 구체적인 예를 들면, 기재(30)는 폴리에틸렌테레프탈레이트(poly ethylene terephtalate) 또는 폴리에틸렌나프탈레이트(poly ethylene naphthalate) 등으로 이루어질 수 있다.
기재(30)의 일면에는 콜레스테릭 액정층(40)이 형성되어 있다. 도 5에서는 콜레스테릭 액정층(40)이 기재의 일면 바로 위에 형성된 경우를 도시하지만, 기재(30)와 콜레스테릭 액정층(40) 사이에 다른 접착층(미도시)이 개재될 수도 있다.
콜레스테릭 액정층(40)은 콜레스테릭 액정을 포함한다. 콜레스테릭 액정은 네마틱 액정(nematic liquid crystal)과 키랄 도펀트(chiral dopant)를 포함하여 이루어질 수 있다. 콜레스테릭 액정은 일정한 피치(pitch)를 가지며 반복적으로 꼬인 나선형 구조를 갖는다. 반복되는 꼬인 나선형 구조는 광의 브래그(Bragg) 반사를 유도한다.
콜레스테릭 액정은 그 나선 방향에 따라 우선성(right-handed) 콜레스테릭 액정 및 좌선성(left-handed) 콜레스테릭 액정으로 분류된다. 우선성 콜레스테릭 액정은 우원 편광된 빛은 반사하지만, 좌원 편광된 빛은 투과한다. 반대로, 좌선성 콜레스테릭 액정은 우원 편광된 빛은 투과하지만, 좌원 편광된 빛은 반사한다. 따라서, 이론적으로 콜레스테릭 액정은 그 콜레스테릭 액정이 반사하는 파장 범위 내에 포함된 빛의 50％는 투과하고, 나머지 50％는 반사한다.
콜레스테릭 액정의 피치(액정 피치)는 반사되는 빛의 파장에 관계된다. 콜레스테릭 액정에 의해 반사되는 반사광의 중심 파장은 대체로 액정 피치에 비례한다. 여기서 반사광의 중심 파장이란, 콜레스테릭 액정이 반사하는 반사광이 소정의 밴드폭(band width)을 가질 경우, 그 밴드폭 내에서 최대 반사되는 파장 또는 그 밴드폭의 평균 파장을 의미할 수 있다. 또한, 상기 반사광의 밴드폭이란, 입사된 빛의 약 30％ 내지 약 70％를 반사할 수 있는 파장의 범위를 의미할 수 있으며, 바람직하게는 입사된 빛의 약 40％ 내지 약 60％를 반사할 수 있는 파장의 범위를, 더욱 바람직하게는 입사된 빛의 약 약 50％ 정도를 반사할 수 있는 파장의 범위를 의미할 수 있다.
콜레스테릭 액정층(40)은 콜레스테릭 액정의 피치가 서로 다른 복수의 액정 피치 영역을 포함할 수 있다. 콜레스테릭 액정층이 다양한 액정 피치 영역들을 포함할수록 그 반사 대역은 더욱 증가한다. 바람직한 실시예는 단일막인 콜레스테릭 액정층의 최대 액정 피치 영역의 반사광 중심 파장이 적색광 파장 이상이고, 최소 액정 피치 영역의 반사광 중심 파장이 청색광 파장 이하이며, 그 사이 액정 피치 영역들의 반사광 중심 파장이 청색광 내지 적색광의 파장 사이에 각각 분포되어 있어서, 가시광 전체 영역을 반사시킨다.
기재(30)의 타면에는 제2 매트층(70)이 구비될 수 있다. 제2 매트층(70)은 비드, 및/또는 엠보 패턴을 포함할 수 있다. 제2 매트층(70)의 비드 및/또는 엠보 패턴은 위상차 필름(10) 상의 매트층(60)을 형성하는 확산 비드보다 크기 및/또는 밀도가 작을 수 있다.
콜레스테릭 액정층(40) 상에는 접착층(50)을 개재하여 도 1의 실시예에 따른 복합 광학 시트(100)가 적층되어 있다. 적층 방향은 보상층(20)의 표면이 접착층에 맞닿는 방향이다.
이처럼, 본 실시예에 따른 복합 광학 시트(200)는 콜레스테릭 액정층(40), 보상층(20), 위상차 필름(10)이 일체형으로 적층되어 있어, 하나의 복합 시트(200)만으로 다양한 광학 기능을 구현할 수 있다. 즉, 콜레스테릭 액정층(40)은 원편광을 반사하고, 하부 구조물에서 이를 리사이클하도록 함으로써 휘도를 상승시킨다. 그 위의 보상층(20)은 콜레스테릭 액정층(40)을 통과한 빛의 시야각에 따른 휘도 감소 또는 위상차 변화에 따른 빛의 왜곡 현상을 감소시킨다. 보상층(20)과 접착층의 개재없이 직접 형성되어 있는 위상차층(10)은 원편광을 선편광으로 변환하는 역할을 한다. 이상의 기능들이 하나의 시트로 일체화되어 있을 뿐만 아니라, 접착층과 같은 비기능층도 최소화하고 있으므로, 휘도 개선 및 박형화에 기여할 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 복합 광학 시트들(100, 200)은 광원 어셈블리나 이를 포함하는 액정 표시 장치 등에 채용되어, 광학 특성을 증진시키는데 사용될 수 있다. 광원 어셈블리는 램프가 하부에 위치하는 직하형 광원 어셈블리, 램프가 사이드에 위치하는 에지형 광원 어셈블리 등으로 분류되는데, 본 발명의 실시예들에 따른 액정 필름은 어떠한 종류의 광원 어셈블리에도 채용가능하다. 또, 액정 패널의 아래쪽에 배치되는 백라이트(back light) 어셈블리나 액정 패널의 위쪽에 배치되는 프론트 라이트(front light) 어셈블리에도 적용가능하다. 이하에서는 다양한 적용예의 일예로서, 도 6의 실시예에 따른 복합 광학 시트(200)가 직하형 백라이트 어셈블리를 포함하는 액정 표시 장치에 적용된 경우를 예시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 7을 참조하면 액정 표시 장치(600)는 백라이트 어셈블리(300), 액정 패널 어셈블리(400), 및 탑 샤시(500)를 포함한다.
백라이트 어셈블리(300)는 램프(310), 램프(310)으로부터 출사된 빛을 반사하는 반사 필름(315), 및 출사된 빛의 광학적 특성을 조절하는 확산판(320)과 광학 필름들(330)을 포함한다.
램프(310)는 예를 들어 LED(Light Emitting Diode), CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp), HCFL(Hot Cathode Fluorescent Lamp), EEFL(External Electrode Fluorescent Lamp) 등이 사용될 수 있다.
램프(310)의 아래에는 반사 필름(315)이 배치되어, 램프(310)로부터 아래로 출사된 빛을 상부로 반사한다.
램프(310)의 상부에는 확산판(320) 및 광학 필름들(230)이 배치된다. 확산판(320)은 램프(310)으로부터 입사된 빛을 확산시킨다. 광학 필름들(330)은 입사된 빛을 확산시키는 확산 시트, 입사된 빛을 집광하는 프리즘 시트, 및/또는 도 6의 복합 광학 시트(200)를 포함한다. 따라서, 원편광을 반사하고, 빛의 시야각에 따른 색상 변화를 감소시키며, 원편광을 선편광으로 변환시킬 수 있으면서도, 접착층과 같은 비기능층도 최소화하고 있어, 휘도 개선 및 박형화가 이루어질 수 있다.
램프(310), 반사 필름(315), 확산판(320) 및 광학 필름들(330)은 바텀 샤시(340) 및 몰드 프레임(350)에 의해 수납된다. 바텀 샤시(340)는 백라이트 어셈블리(300)의 최하부면을 이루며, 바텀 샤시(340) 위에는 창틀 형상의 몰드 프레임(350)이 배치되어, 몰드 프레임(350)에 구비된 안착단에 광확산판(320), 광학 필름들(330) 및 액정 패널(410)을 안착시킨다.
액정 패널 어셈블리(400)는 제1 표시판(411), 제2 표시판(412) 및 그 사이에 개재된 액정층(미도시)을 포함하는 액정 패널(410), 제1 표시판(411) 및 제2 표시판(412)의 표면에 부착된 편광판(420), 액정 패널(310)의 일측에 부착되어 있는 데이터 TCP(Tape Carrier Package)(430), 데이터 TCP(430)에 부착되어 있는 인쇄 회로 기판(440)을 포함한다. 데이터 TCP(430) 상에는 데이터 드라이버 IC(Integrated Circuit)(431)가 실장되어 있다. 또, 데이터 TCP(430)의 부착 측면에 인접한 액정 패널(410)의 타측에는 게이트 TCP(미도시)가 부착되어 있고, 게이트 TCP 상에는 게이트 드라이버 IC(미도시)가 실장되어 있다.
탑 샤시(500)는 액정 패널(410)의 테두리를 덮으며, 액정 패널(410) 및 백라이트 어셈블리(300)의 측면을 감싼다. 데이터 TCP(430) 및 인쇄 회로 기판(440) 등은 절곡되어 바텀 샤시(340)의 측벽과 탑 샤시(500)의 측벽 사이의 공간에 수납된다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
도 2는 도 1의 A영역의 부분확대도로서, 응력 분산제를 포함하는 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 액정층이 응력 분산제를 포함하지 않은 경우의 액정 분자의 수축 응력 분포를 나타낸 개략도이다.
도 4는 액정층이 응력 분산제를 포함하는 경우의 액정 분자의 수축 응력 분포를 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 광학 시트를 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 복학 광학 시트의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
발명의 실시를 위한 형태
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층"위(on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "바로 위(directly on)" 또는 "직접 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"는 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소와 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어인 "시트"는 "～필름", "～판"의 의미로 사용될 수 있다. 이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 광학 시트의 단면도이고, 도 2는 도 1의 A영역의 부분확대도로서, 응력 분산제를 포함하는 구성을 도시한 도면이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 광학 시트(100)는 위상차 필름(10) 및 위상차 필름(10)의 일면에 형성된 보상층(20)을 포함한다.
위상차 필름(10)은 투과되는 광의 위상을 일정 파장만큼 지연시킨다. λ/4 위상차 필름(10)은 투과광의 위상을 λ/4만큼 지연시키므로, 원편광을 선편광으로 변환하는 기능을 가질 수 있다. 위상차 필름(10)은 셀룰로오스계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 아크릴로니트롤계 수지, 스티렌계 수지, 폴리올레핀계 수지 등을 일축 연신하여 형성할 수 있다. 위상차 필름(10)의 일면에는 보상층(20)이 형성된다. 보상층(20)이 콜레스테릭 액정 필름과 함께 적용되는 경우, 콜레스테릭 액정층의 복굴절율과 반대가 되는 보상필름을 사용함으로써, 시야각에 따른 색상 변화를 감소시킬 수 있다. 콜레스테릭 액정 필름은 필름 면 상에서는 등방성(nx=ny)이지만, 필름의 두께 방향으로는 굴절률이 필름 면에서의 값보다 작은 네가티브 C 플레이트(nx=ny＞nz)이다. 따라서, 보상층(20)으로 필름의 두께 방향으로의 굴절률이 필름 면 상 굴절률보다 큰 포지티브 C 플레이트(nx=ny＜nz)를 적용하면, 콜레스테릭 액정 필름의 복굴절에 의해 발생하는 위상지연을 상쇄할 수 있다.
보상층(20)으로 적용되는 포지티브 C 플레이트는 위상차 필름(10)의 면에 대하여 대략 수직 방향으로 배향된 호메오트로픽(homeotropic) 액정을 포함할 수 있다. 여기서, 대략 수직 방향이라 함은 액정의 장축이 위상차 필름(10)의 면에 대해 정확히 90°의 각을 이루는 경우뿐만 아니라, 다소간의 오차가 있는 경우를 포함한다. 예를 들면, 각 액정의 장축과 위상차 필름(10)의 면 사이의 각도들이 88°내지 90°의 범위에 포함될 수 있다. 후술하는 것처럼 액정의 수축 응력이 충분히 분산된 경우에는 위상차 필름(10)의 면에 대한 액정의 장축이 이루는 각도가 88°내지 89.5°의 범위 중 하나의 값을 중심으로 ±0.5°의 범위 내에 포함될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 상기 대략 수직 방향으로 배향된 액정은 액정 화합물을 포함하는 액정 조성물이 경화되거나 큐어링되어 이루어질 수 있다.
보상층(20)에 사용되는 상기 액정 조성물은 사이클릭 유닛 등을 함유하는 메소겐기를 분자 구조에 갖는 액정 화합물로부터 전개된 것일 수 있다. 상기 사이클릭 유닛 등을 함유하는 메소겐기의 예는 비페닐기, 페닐벤조에이트기, 페닐사이클로헥산기, 아족시벤젠기, 아조메틴기, 아조벤젠기, 페닐 피리미딘기, 디페닐아세틸렌기, 디페닐벤조에이트기, 비사이클로헥산기, 사이클로헥실벤젠기 및 테르페닐기를 포함한다. 사이클릭 유닛의 말단은 시아노기, 알킬기, 알콕시기, 또는 할로겐기와 같은 치환물을 가질 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 사이클릭 유닛 등을 함유하는 메소겐기는 비페닐기 또는 페닐벤조에이트기를 가질 수 있다.
상기 액정 화합물은 분자의 일부분에 하나 이상의 중합성 기능기를 가질 수 있다. 중합성 기능기의 예는 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 에폭시기, 및 비닐 에테르기를 포함한다.
또, 상기 액정 화합물은 분자의 일부분에 2 이상의 중합성 기능기를 가짐으로써, 중합 반응을 통하여 형성되는 가교결합 구조에 의해 내구성이 향상되는 것일 수 있다.
도 2를 참조하면, 보상층(20)은 포지티브 C 플레이트를 구현하기 위한 호메오트로픽 액정(21) 이외에 응력 분산제(22)를 더 포함할 수 있다. 응력 분산제(22)는 액정 분자들(21) 사이에 분산 배치되어, 액정 분자(21)와 위상차 필름(10) 간 거리와 무관하게 액정 분자들(21)의 수축 응력을 균일하게 한다.
도 3 및 도 4를 참조하여 응력 분산제(22)에 대해 더욱 상세히 설명한다. 도 3은 액정층(20)이 응력 분산제(22)를 포함하지 않은 경우의 액정 분자(21)의 수축 응력 분포를 나타낸 개략도이다. 도 4는 액정층(20)이 응력 분산제(22)를 포함하는 경우의 액정 분자(21)의 수축 응력 분포를 나타낸 개략도이다.
위상차 필름 상에 보상층을 형성하는 가장 일반적인 방법은 위상차 필름과 보상 필름을 별도로 형성한 다음 접착제를 이용하여 접착시키는 것이다. 그러나, 위상차 필름과 보상층 사이에 접착층이 개재되면, 휘도가 희생될 뿐만 아니라, 계면에서의 난반사로 인해 광학 특성이 저하된다.
이를 개선하기 위하여, 위상차 필름 상에 보상층을 직접 형성하는 방법이 고려될 수 있다. 예를 들어, 액정을 사용하여 보상층을 구성하는 경우, 위상차 필름의 일면에 액정 조성물을 적층하고 큐어링함으로써, 위상차 필름의 일면의 바로 위에 액정층을 직접 형성할 수 있다.
그런데, 액정 조성물은 UV 등에 의해 큐어링될 때, 각 액정 분자간 수축 응력이 발생한다. 이때, 수축 응력의 크기는 도 3에 도시된 것처럼, 위상차 필름과 액정 분자의 거리에 대체로 반비례한다. 액정 분자의 수축 응력은 위상차 필름(10)과의 계면에서 최대가 된다. 계면에서 액정 분자의 수축 응력이 크면, 일단 위상차 필름(10) 상에 수직으로 결합된 액정분자라고 할지라도, 수평 방향으로의 응력을 받아, 계면과 위상차 필름(10) 상에 형성된 액정층 간의 결합이 깨질 수 있다. 따라서, 보상층(20)과 위상차 필름(10)간 부착력이 감소하여, 복합 광학시트의 적층된 층이 박리되는 문제가 발생할 수 있으며, 완성된 제품의 수득률이 감소하여 비용 및 시간 측면에서 손해가 발생할 수 있다.
도 4를 참조하면, 액정 분자(21) 내에 응력 분산제(22)를 분산시키게 되면, 위상차 필름(10)과의 거리와 무관하게 액정 분자(21)간 수축 응력이 균일하게 분산된다. 액정 분자(21)들이 UV에 의해 경화되면서 서로 결합하게 되는데, 응력 분산제(22)를 첨가하면, 액정 분자(21) 상호 간의 결합 확률이 미세하게 감소하게 된다. 즉, 일부의 액정 분자(21)는 응력 분산제(22) 입자와 결합을 생성하게 된다. 따라서, 액정 분자(21)와 응력 분산제(22) 간의 결합 또는 액정 분자(21) 간에 미 결합된 구조가 일부 발생하여 전체적인 응력을 분산시키기 때문에 액정 분자가 수축되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 도 3의 경우와 비교하면, 보상층(20) 전체의 수축 응력이 동일하다고 하더라도, 위상차 필름(10)과의 계면에 위치하는 액정 분자(21)의 수축 응력의 크기가 감소하게 된다. 따라서, 위상차 필름(10) 위에 직접 형성된 보상층(20)의 부착력이 개선될 수 있다.
적용가능한 응력 분산제(22)에는 구체적으로 아크릴계, 우레탄계, 폴리에스터계, 실리콘계, 에스테르계 등의 반응성 올리고머 및 단관능성 (메타)아크릴레이트 모노머 또는 다관능성 (디,트리)(메타)아크릴레이트 모노머들을 포함한다. 상기 단관능성 (메타)아크릴레이트 또는 다관능성 (메타)아크릴레이트 모노머로는, 예컨대 2-하이드록시에틸(메타)아크릴레이트, 2-하이드록시프로필(메타)아크릴레이트, 테트라하이드로퍼퓨릴(메타)아크릴레이트, 부톡시 에틸(메타)아크릴레이트, 에틸디에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트, 사이클로헥실(메타)아크릴레이트, 페녹시에틸(메타)아크릴레이트, 디싸이클로펜타디엔(메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜(메타)아크릴레이트, 메틸트리에틸렌디글리콜(메타)아크릴레이트, 이소보닐(메타)아크릴레이트, N-비닐피롤리돈, N-비닐카프로락탐, 디아세톤아크릴아마이드, 이소부톡시메틸(메타)아크릴아마이드, N,N-디메틸(메타)아크릴 아마이드, t-옥틸(메타)아크릴아마이드, 디메틸아미노에틸(메타)아크릴레이트, 아크릴로일몰포린, 디싸이클로펜테닐(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨테트라(메타)아크릴레이트, 에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 1,4-부탄디올디(메타)아크릴레이트, 1,6-헥산디올디(메타)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜디(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리옥시에틸(메타)아크릴레이트, 트리싸이클로데칸디메탄올디(메타)아크릴레이트, 디싸이클로데칸디메탄올디(메타)아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 디싸이클로펜탄디(메타)아크릴레이트, 디싸이클로펜타디엔디(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있고, 상기 열거된 물질을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 또한, 폴리비닐 아세테이트, 폴리올레핀, 폴리우레탄, 폴리카프롤락톤 디올, 폴리비닐 포르말 레진, 피녹시, 폴리아미드 계열 중에서 선택된 하나 이상의 물질을 혼합하여 사용할 수 있다.
액정 분자(21)에 대한 응력 분산제(22)의 함량은 전체 액정 화합물의 0.1 내지 10％의 조성비를 가지는 것이 바람직하다. 즉, 0.1％ 이하의 조성비를 가지게 되면, 전단응력의 분산효과가 미미하여 액정(21)의 부착력이 약하고, 10％ 이상의 조성비를 가지게 되면, 앞서 살펴본 바와 같이 액정 분자(21) 상호 간의 결합 확률이 감소하게 되며 응력 분산제(22)로 인해 액정(21)의 배향력이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 이로 인해 액정 분자(21) 상호 간의 결합이 부분적으로 약화되어 빛의 투과 기능이 저하되기 때문에 부분적으로 암부가 발생할 수 있다. 또한, 이로 인해 전반적인 휘도에도 악영향을 미치게 된다. 또한, 응력 분산제(22)를 그 이상 첨가하게 되면, 액정 분자(21) 상호 간의 결합이 급격히 감소하고 응력 분산제(22)와 액정 분자(21)의 결합이 증가하여 보상층(20)으로의 기능을 상실할 수 있다는 문제가 있다. 따라서, 바람직하게는 0.1 내지 10％ 사이의 함량으로 응력 분산제(22)를 액정 화합물에 혼합하는 것이 효과적이다.
몇몇 실시예에서, 보상층(20)은 광개시제를 더 포함할 수 있다. 광개시제에 대해서는 후술하는 복합 광학시트의 제조방법에서 상세히 설명하기로 한다.
다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 복합 광학 시트는 위상차 필름(10)의 타면에 형성된 복수의 확산 비드 등으로 구성된 매트층(60)을 더 포함할 수 있다. 도면에 예시된 것처럼, 매트층(60)을 구성하는 각 확산 비드는 서로 다양한 직경을 가질 수 있다. 복수의 확산 비드는 예를 들어, 유기 비드 및 무기 비드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 유기 비드로는 아크릴, 스티렌, 멜라민 포름알데하이드, 프로필렌, 에틸렌, 실리콘, 우레탄, 메틸(메타) 아크릴레이트, 폴리카보네이트 등의 모노머를 사용하여 얻어지는 호모폴리머 또는 코폴리머 등이 예시될 수 있다. 상기 무기 비드로는 실리카, 지르코니아, 탄산칼슘, 황산바륨, 티타늄 산화물 등이 예시될 수 있다
도시하지는 않았지만, 매트층(60)에 형성된 복수의 확산 비드는 지지 코팅막에 의해 위상차 필름(10)의 타면에 지지될 수 있다. 지지 코팅막은 예를 들어 아크릴계 수지, 우레탄계 수지 및 폴리에스테르계 수지 등과 같은 열 경화성 수지 또는 에폭시아크릴레이트계 수지, 우레탄아크릴레이트계 수지, 실리콘아크릴레이트계 수지, 아크릴릭 아크릴레이트 및 에스테르 아크릴리에트 등과 같은 자외선 경화 수지를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 몇몇 실시예는 매트층(60)으로 사용되는 확산 비드 대신에 마이크로 렌즈 패턴이나 렌티큘러 렌즈를 포함할 수 있다. 이들 실시예의 더욱 구체적인 내용에 대해서는 본 기술분야의 평균적 지식을 가진 자라면 쉽게 유추할 수 있을 것이므로, 상세한 설명은 생략한다.
이하, 상술한 바와 같은 복합 광학 시트의 제조 방법에 대해 설명한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 광학 시트를 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5를 참조하면, 위상차 필름(10)을 준비한다(S1). 준비된 위상차 필름(10)은 타면에 복수의 확산 비즈가 형성된 것일 수 있다.
위상차 필름(10)의 준비와는 별도로 액정 조성물을 준비한다(S2). 액정 조성물을 준비하는 예시적인 방법을 설명하면, 용매에 액정, 광개시제 및 응력 분산제를 용해시킨다.
액정의 구체적인 물질은 상술하였으므로, 중복 설명은 생략한다.
광개시제는 공기 중에서 중합 가능한 개시제이면 제한 없이 모든 종류의 광개시제가 사용될 수 있다. 구체적으로 광개시제는 벤질 케탈류, 벤조인 에테르류, 아세토페논 유도체, 케톡심 에테르류, 벤조페논, 벤조 또는 티옥산톤계 화합물 중 선택된 1종 이상의 자유라디칼 개시제, 오늄 염(onium salts), 페로세늄 염(ferrocenium salts), 및 디아조늄염(diazonium salts) 중 선택된 1종 이상의 양이온성 개시제, 또는 이들의 혼합물 일 수 있다.
용매의 종류에는 제한이 없으며 액정을 용해할 수 있는 것이면 모두 사용이 가능하다.
이어, 준비된 위상차 필름(10)의 일면에 상기 액정 조성물을 코팅한다(S3). 액정 조성물을 코팅하는 방법으로는 롤 코팅, 딥 코팅, 스핀 코팅, 슬릿 코팅, 에어나이프 코팅, 그라비아 코팅, 롤 리버스(roll reverse) 코팅, 콤마 코팅 등이 예시될 수 있다. 코팅 두께는 0.1㎛ 내지 10㎛일 수 있다.
이어, 액정 코팅층을 건조한다(S4). 액정 코팅층의 건조는 액상의 액정 코팅층의 유동성을 감소시켜 공정 편의성을 증진하고, 후속의 경화 공정을 용이하게 하기 위해 수행한다. 상기 건조 공정은 예컨대, 열처리 장치나 오븐 등에 건조 대상을 재치하는 것에 의해 수행할 수 있다. 상기 건조 단계를 거치는 동안, 액정 코팅층 내의 액정 분자들은 서로 장축 방향으로 나란하게 배열된다. 건조 온도는 예컨대, 20℃ 내지 120℃일 수 있고, 건조 시간은 1분 내지 5분간일 수 있다.
이어, 액정 코팅층을 경화하여 보상층(20)을 형성한다(S5). 액정 코팅층의 경화를 위해 UV 조사가 이루어질 수 있다. UV 광량은 50 내지 2000 mJ/㎠ 일 수 있다. 상기의 단계를 거치게 되면, 위상차 필름(10) 상에 액정 코팅층이 경화되어 보상층(20)을 형성한다. 경화시 액정 분자의 수축이 이루어지는데, 액정 코팅층이 응력 분산제를 포함하므로, 수축력이 액정 코팅층 전역에 걸쳐 분산되어 위상차 필름(10)과의 계면에 위치하는 액정 분자의 수축력이 작아지므로, 형성된 보상층(20)과 위상차 필름(10)의 부착력이 개선될 수 있음은 상술한 바와 같다.
이상에서 설명한 복합 광학 시트는 다른 광학 시트와 결합되어 더 많은 광학 기능을 갖는 복합 광학 시트를 이룰 수도 있다. 도 6에 그 예가 도시되어 있다. 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 복학 광학 시트의 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 복합 광학 시트는 도 1의 복합 광학 시트에 기재(30)와, 기재(30)의 일면에 형성된 콜레스테릭 액정층(40)과 접착층(50)을 개재하여 적층된 구조를 갖는다.
기재(30)는 광을 투과시킬 수 있는 투명한 재질, 예컨대, 폴리카보네이트(poly carbonate) 계열, 폴리술폰(poly sulfone) 계열, 폴리아크릴레이트(poly acrylate) 계열, 폴리스티렌(poly styrene) 계열, 폴리비닐클로라이드(poly vinyl chloride) 계열, 폴리비닐알코올(poly vinyl alcohol) 계열, 폴리노르보넨(poly norbornene) 계열, 폴리에스테르(poly ester) 계열의 물질을 포함하여 이루어질 수 있다. 구체적인 예를 들면, 기재(30)는 폴리에틸렌테레프탈레이트(poly ethylene terephtalate) 또는 폴리에틸렌나프탈레이트(poly ethylene naphthalate) 등으로 이루어질 수 있다.
기재(30)의 일면에는 콜레스테릭 액정층(40)이 형성되어 있다. 도 5에서는 콜레스테릭 액정층(40)이 기재의 일면 바로 위에 형성된 경우를 도시하지만, 기재(30)와 콜레스테릭 액정층(40) 사이에 다른 접착층(미도시)이 개재될 수도 있다.
콜레스테릭 액정층(40)은 콜레스테릭 액정을 포함한다. 콜레스테릭 액정은 네마틱 액정(nematic liquid crystal)과 키랄 도펀트(chiral dopant)를 포함하여 이루어질 수 있다. 콜레스테릭 액정은 일정한 피치(pitch)를 가지며 반복적으로 꼬인 나선형 구조를 갖는다. 반복되는 꼬인 나선형 구조는 광의 브래그(Bragg) 반사를 유도한다.
콜레스테릭 액정은 그 나선 방향에 따라 우선성(right-handed) 콜레스테릭 액정 및 좌선성(left-handed) 콜레스테릭 액정으로 분류된다. 우선성 콜레스테릭 액정은 우원 편광된 빛은 반사하지만, 좌원 편광된 빛은 투과한다. 반대로, 좌선성 콜레스테릭 액정은 우원 편광된 빛은 투과하지만, 좌원 편광된 빛은 반사한다. 따라서, 이론적으로 콜레스테릭 액정은 그 콜레스테릭 액정이 반사하는 파장 범위 내에 포함된 빛의 50％는 투과하고, 나머지 50％는 반사한다.
콜레스테릭 액정의 피치(액정 피치)는 반사되는 빛의 파장에 관계된다. 콜레스테릭 액정에 의해 반사되는 반사광의 중심 파장은 대체로 액정 피치에 비례한다. 여기서 반사광의 중심 파장이란, 콜레스테릭 액정이 반사하는 반사광이 소정의 밴드폭(band width)을 가질 경우, 그 밴드폭 내에서 최대 반사되는 파장 또는 그 밴드폭의 평균 파장을 의미할 수 있다. 또한, 상기 반사광의 밴드폭이란, 입사된 빛의 약 30％ 내지 약 70％를 반사할 수 있는 파장의 범위를 의미할 수 있으며, 바람직하게는 입사된 빛의 약 40％ 내지 약 60％를 반사할 수 있는 파장의 범위를, 더욱 바람직하게는 입사된 빛의 약 약 50％ 정도를 반사할 수 있는 파장의 범위를 의미할 수 있다.
콜레스테릭 액정층(40)은 콜레스테릭 액정의 피치가 서로 다른 복수의 액정 피치 영역을 포함할 수 있다. 콜레스테릭 액정층이 다양한 액정 피치 영역들을 포함할수록 그 반사 대역은 더욱 증가한다. 바람직한 실시예는 단일막인 콜레스테릭 액정층의 최대 액정 피치 영역의 반사광 중심 파장이 적색광 파장 이상이고, 최소 액정 피치 영역의 반사광 중심 파장이 청색광 파장 이하이며, 그 사이 액정 피치 영역들의 반사광 중심 파장이 청색광 내지 적색광의 파장 사이에 각각 분포되어 있어서, 가시광 전체 영역을 반사시킨다.
기재(30)의 타면에는 제2 매트층(70)이 구비될 수 있다. 제2 매트층(70)은 비드, 및/또는 엠보 패턴을 포함할 수 있다. 제2 매트층(70)의 비드 및/또는 엠보 패턴은 위상차 필름(10) 상의 매트층(60)을 형성하는 확산 비드보다 크기 및/또는 밀도가 작을 수 있다.
콜레스테릭 액정층(40) 상에는 접착층(50)을 개재하여 도 1의 실시예에 따른 복합 광학 시트(100)가 적층되어 있다. 적층 방향은 보상층(20)의 표면이 접착층에 맞닿는 방향이다.
이처럼, 본 실시예에 따른 복합 광학 시트(200)는 콜레스테릭 액정층(40), 보상층(20), 위상차 필름(10)이 일체형으로 적층되어 있어, 하나의 복합 시트(200)만으로 다양한 광학 기능을 구현할 수 있다. 즉, 콜레스테릭 액정층(40)은 원편광을 반사하고, 하부 구조물에서 이를 리사이클하도록 함으로써 휘도를 상승시킨다. 그 위의 보상층(20)은 콜레스테릭 액정층(40)을 통과한 빛의 시야각에 따른 휘도 감소 또는 위상차 변화에 따른 빛의 왜곡 현상을 감소시킨다. 보상층(20)과 접착층의 개재없이 직접 형성되어 있는 위상차층(10)은 원편광을 선편광으로 변환하는 역할을 한다. 이상의 기능들이 하나의 시트로 일체화되어 있을 뿐만 아니라, 접착층과 같은 비기능층도 최소화하고 있으므로, 휘도 개선 및 박형화에 기여할 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 복합 광학 시트들(100, 200)은 광원 어셈블리나 이를 포함하는 액정 표시 장치 등에 채용되어, 광학 특성을 증진시키는데 사용될 수 있다. 광원 어셈블리는 램프가 하부에 위치하는 직하형 광원 어셈블리, 램프가 사이드에 위치하는 에지형 광원 어셈블리 등으로 분류되는데, 본 발명의 실시예들에 따른 액정 필름은 어떠한 종류의 광원 어셈블리에도 채용가능하다. 또, 액정 패널의 아래쪽에 배치되는 백라이트(back light) 어셈블리나 액정 패널의 위쪽에 배치되는 프론트 라이트(front light) 어셈블리에도 적용가능하다. 이하에서는 다양한 적용예의 일예로서, 도 6의 실시예에 따른 복합 광학 시트(200)가 직하형 백라이트 어셈블리를 포함하는 액정 표시 장치에 적용된 경우를 예시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 7을 참조하면 액정 표시 장치(600)는 백라이트 어셈블리(300), 액정 패널 어셈블리(400), 및 탑 샤시(500)를 포함한다.
백라이트 어셈블리(300)는 램프(310), 램프(310)으로부터 출사된 빛을 반사하는 반사 필름(315), 및 출사된 빛의 광학적 특성을 조절하는 확산판(320)과 광학 필름들(330)을 포함한다.
램프(310)는 예를 들어 LED(Light Emitting Diode), CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp), HCFL(Hot Cathode Fluorescent Lamp), EEFL(External Electrode Fluorescent Lamp) 등이 사용될 수 있다.
램프(310)의 아래에는 반사 필름(315)이 배치되어, 램프(310)로부터 아래로 출사된 빛을 상부로 반사한다.
램프(310)의 상부에는 확산판(320) 및 광학 필름들(230)이 배치된다. 확산판(320)은 램프(310)으로부터 입사된 빛을 확산시킨다. 광학 필름들(330)은 입사된 빛을 확산시키는 확산 시트, 입사된 빛을 집광하는 프리즘 시트, 및/또는 도 6의 복합 광학 시트(200)를 포함한다. 따라서, 원편광을 반사하고, 빛의 시야각에 따른 색상 변화를 감소시키며, 원편광을 선편광으로 변환시킬 수 있으면서도, 접착층과 같은 비기능층도 최소화하고 있어, 휘도 개선 및 박형화가 이루어질 수 있다.
램프(310), 반사 필름(315), 확산판(320) 및 광학 필름들(330)은 바텀 샤시(340) 및 몰드 프레임(350)에 의해 수납된다. 바텀 샤시(340)는 백라이트 어셈블리(300)의 최하부면을 이루며, 바텀 샤시(340) 위에는 창틀 형상의 몰드 프레임(350)이 배치되어, 몰드 프레임(350)에 구비된 안착단에 광확산판(320), 광학 필름들(330) 및 액정 패널(410)을 안착시킨다.
액정 패널 어셈블리(400)는 제1 표시판(411), 제2 표시판(412) 및 그 사이에 개재된 액정층(미도시)을 포함하는 액정 패널(410), 제1 표시판(411) 및 제2 표시판(412)의 표면에 부착된 편광판(420), 액정 패널(310)의 일측에 부착되어 있는 데이터 TCP(Tape Carrier Package)(430), 데이터 TCP(430)에 부착되어 있는 인쇄 회로 기판(440)을 포함한다. 데이터 TCP(430) 상에는 데이터 드라이버 IC(Integrated Circuit)(431)가 실장되어 있다. 또, 데이터 TCP(430)의 부착 측면에 인접한 액정 패널(410)의 타측에는 게이트 TCP(미도시)가 부착되어 있고, 게이트 TCP 상에는 게이트 드라이버 IC(미도시)가 실장되어 있다.
탑 샤시(500)는 액정 패널(410)의 테두리를 덮으며, 액정 패널(410) 및 백라이트 어셈블리(300)의 측면을 감싼다. 데이터 TCP(430) 및 인쇄 회로 기판(440) 등은 절곡되어 바텀 샤시(340)의 측벽과 탑 샤시(500)의 측벽 사이의 공간에 수납된다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
Claims (11)
- 위상차 필름; 및
상기 위상차 필름의 일면에 직접 형성되며, 호메오트로픽 액정 분자들, 및 상기 호메오트로픽 액정 분자들 사이에 분산 배치된 응력 분산제를 포함하는 보상층을 포함하되,
상기 액정 분자들의 배향 방향은 상기 위상차 필름의 면에 대한 상기 액정 분자의 장축이 이루는 각도가 88°내지 89.5°의 범위 중 하나의 값을 중심으로 ±0.5°의 범위 내에 분포하는 복합 광학 시트. - 위상차 필름; 및
상기 위상차 필름의 일면에 직접 형성된 보상층으로서, 상기 위상차 필름의 면에 대해 수직으로 배향된 액정 분자들, 및 상기 액정 분자들 사이에 분산 배치된 응력 분산제를 포함하는 보상층을 포함하는 복합 광학 시트. - 제2항에 있어서,
상기 응력 분산제는 반응성 올리고머, 단관능성 (메타)아크릴레이트 모노머 및 다관능성 (디, 트리)(메타)아크릴레이트 모노머로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질의 화합물인 복합 광학 시트. - 제2항에 있어서,
상기 응력 분산제는 폴리비닐 아세테이트, 폴리올레핀, 폴리우레탄, 폴리카프롤락톤 디올, 폴리비닐 포르말 레진, 피녹시 및 폴리아미드 계열로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질의 화합물인 복합 광학 시트. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 위상차 필름의 위상차는 λ/4 인 복합 광학 시트. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 위상차 필름의 타면에 형성된 제1 매트층을 더 포함하는 복합 광학 시트. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 보상층의 일면에 형성된 콜레스테릭 액정층을 더 포함하는 복합 광학 시트. - 제7항에 있어서,
상기 보상층과 상기 콜레스테릭 액정층 사이에 개재된 접착층을 더 포함하는 복합 광학 시트. - 제7항에 있어서,
상기 콜레스테릭 액정층 상의 기재; 및
상기 기재 상의 제2 매트층을 더 포함하는 복합 광학 시트. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 복합 광학 시트를 포함하는 광학 어셈블리.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 복합 광학 시트를 포함하는 액정 표시 장치.
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2010
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| KR20080060179A (ko) * | 2006-12-26 | 2008-07-01 | 닛토덴코 가부시키가이샤 | 광학 적층체 및 그것을 이용한 액정 패널 |
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