KR101260513B1 - 광학 필름, 편광판 및 이를 포함하는 액정 표시 장치 - Google Patents

광학 필름, 편광판 및 이를 포함하는 액정 표시 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광학 필름, 편광판 및 이를 포함하는 액정 표시 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명에 따른 광학 필름은 1) 셀룰로오스계 화합물, 및 2) 방향족 비닐계 화합물 및 무수말레산계 화합물을 포함하는 공중합체를 포함함으로써, 박막에서도 내구성, 내열성 등을 증가시킬 수 있고, 액정 표시 장치의 시야각 특성을 개선할 수 있다.

Description

광학 필름, 편광판 및 이를 포함하는 액정 표시 장치{OPTICAL FILM, POLARIZING PLATE AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY COMPRISING THE SAME}
본 발명은 광학 필름, 이를 포함하는 내구성이 우수한 편광판 및 이를 포함하는 시야각 특성이 우수한 액정 표시 장치에 관한 것이다.
근래 광학 기술의 발전을 발판으로 종래의 브라운관을 대체하는 플라즈마 디스플레이 패널(plasma display panel, PDP), 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD) 등 여러 가지의 방식을 이용한 디스플레이 기술이 제안, 시판되고 있으며, 이러한 디스플레이를 위한 폴리머 소재는 그 요구 특성이 한층 더 고도화되고 있다. 예를 들면, 액정 디스플레이의 경우 박막화, 경량화, 화면 면적의 대형화가 추진되면서 광시야각화, 고콘트라스트화, 시야각에 따른 화상 색조 변화의 억제 및 화면 표시의 균일화가 특히 중요한 문제가 되었다.
이에 따라 편광 필름, 위상차 필름, 플라스틱 기판, 도광판 등에 여러 가지의 폴리머 필름이 사용되고 있다.
근래에는 트위스티드 네메틱(twisted nematic, TN), 슈퍼 트위스티드 네메틱(super twisted nematic, STN), VA(vertical alignment), IPS(in-plane switching) 액정 셀 등을 이용한 다양한 모드의 액정 표시 장치가 개발되고 있다. 이들 액정 셀은 모두 고유한 액정 배열을 하고 있어, 고유한 광학 이방성을 갖고 있으며, 이러한 광학 이방성을 보상하기 위하여 다양한 종류의 폴리머를 연장하여 위상차 기능을 부여한 필름이 제안되어 왔다.
이러한 위상차 필름은 다양한 폴리머 필름을 제조한 후, 세로 1축 연신, 단계 2축 연신, 동시 2축 연신 등의 방법을 통해 제조되고 있다. 연신 공정을 통해 제조된 위상차 필름은 양의 면 내 위상차 값과 음의 두께 방향 위상차 값을 가지며, 이들 필름은 액정 모드 중 VA(Vertical Alignment) 모드에 적용이 가능하다.
특히, 액정 모드 중 IPS(In-Plane Switching) 모드에는 양의 면 내 위상차 값과 양의 두께 방향 위상차 값을 가지는 위상차 필름이 요구되나, 대부분의 폴리머 필름은 연신시 연신 방향으로 분자들이 배열되며, 양의 면 내 위상차 값과 음의 두께 방향 위상차 값을 가지게 된다.
일반적으로 IPS 모드용 보상 필름은 COP(cyclic olefin polymer)를 일축 연신한 다음, +C 플레이트인 네마틱(nematic) 액정을 코팅하여 시야각 보상을 한다. 그러나, 이러한 경우에는 액정의 복굴절이 매우 높아 액정의 배향과 코팅 두께가 조금만 변해도 전체 보상 필름의 위상차가 크게 변해, 박막인 경우 위상차 조절이 어려운 문제점이 있다. 또한, 비싼 액정 단가로 인해 결국 제조원가가 올라가서 일반적으로 상용화되기는 어려운 단점이 있다.
편광판은 일반적으로 편광자에 보호 필름으로서 트리아세틸 셀룰로오스 필름(triacetyl cellulose 필름, 이하 TAC 필름)을 폴리비닐알코올계 수용액으로 이루어진 수계 접착제로 적층시킨 구조를 갖는다. 그런데, 편광자로서 사용된 폴리비닐알코올 필름과 편광자용 보호 필름으로서 사용된 TAC 필름은 모두 내열성과 내습성이 충분하지 않다. 따라서, 상기 필름들로 이루어지는 편광판을 고온 혹은 고습의 분위기하에서 장시간 사용하면, 편광도가 저하되고, 편광자와 보호 필름이 분리되거나 광특성이 저하되기 때문에 용도면으로 여러 가지 제약을 받고 있다.
또한, TAC 필름은 주변 온도/습도 환경변화에 따라 기존에 가지고 있는 면내 위상차(Rin)와 두께 방향 위상차(Rth)의 변화가 심하며, 특히 경사 방향에서의 입사광에 대한 위상차의 변화가 크다. 이와 같은 특성을 갖는 TAC 필름을 보호 필름으로서 포함하는 편광판을 액정 표시 장치에 적용하면, 주변 온도/습도 환경의 변화에 따라 시야각 특성이 변화하여 화상 품질이 저하되는 문제점이 있다. 또한, TAC 필름은 주변 온도/습도 환경 변화에 따른 치수변화율이 클 뿐만 아니라 광탄성계수 값도 상대적으로 커서, 내열, 내습열 환경에서의 내구성 평가 후 국부적으로 위상차 특성의 변화가 발생하여 화상 품질이 저하되기 쉽다.
이러한 TAC 필름의 여러 단점들을 보완하기 위한 소재로서 아크릴(acryl)계 수지가 잘 알려져 있다. 하지만, 아크릴계 수지는 부서지거나 갈라지기 쉬워 편광판 생산시 반송성에 문제가 되기 쉽고 생산성이 부족하다고 알려져 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 아크릴계 수지에 다른 수지나 강인성 개량제 등을 블렌딩하는 방법이나 다른 수지를 공압출하여 적층하는 방법들이 제안되고 있다. 그러나, 이런 방법들은 아크릴계 수지가 가지고 있는 본래의 고내열성, 고투명성이 충분히 반영되지 못하거나 복잡한 적층체 구조를 가지고 있는 문제가 있다.
본 발명은 목적은 박형에서도 내구성이 우수한 편광판 및 시야각 특성이 우수한 액정 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이에 본 발명은,
1) 셀룰로오스계 화합물, 및
2) 방향족 비닐계 단량체 및 무수말레산계 단량체를 포함하는 공중합체
를 4:6 ~ 2:8의 함량비로 포함하는 광학 필름을 제공한다.
또한, 본 발명은
1) 셀룰로오스계 화합물, 및 방향족 비닐계 단량체 및 무수말레산계 단량체
를 포함하는 공중합체를 포함하는 수지 조성물을 준비하는 단계, 및
2) 상기 수지 조성물을 이용하여 필름을 형성하는 단계
를 포함하는 광학 필름의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 광학 필름을 포함하는 편광판을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 편광판을 포함하는 액정 표시 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 편광판은 편광자의 적어도 한 면에 1) 셀룰로오스계 화합물, 및 2) 방향족 비닐계 단량체 및 무수말레산계 단량체를 포함하는 공중합체를 포함하는 광학 필름이 구비됨으로써, 박형에서도 내구성이 우수한 특성을 나타낼 수 있고, 이에 따라 액정 표시 장치의 시야각 특성을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 편광판의 구조를 나타낸 도이다.
상기 도면에서 제1 편광판의 광학 필름은 에틸 셀룰로오스/SMA 박형 필름이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조를 나타낸 도이다.
이하 본 발명에 대해서 자세히 설명한다.
본 발명에 따른 광학 필름은 1) 셀룰로오스계 화합물, 및 2) 방향족 비닐계 단량체 및 무수말레산계 단량체를 포함하는 공중합체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 광학 필름에 있어서, 상기 1) 셀룰로오스계 화합물의 비제한적인 예로 에틸 셀룰로오스(ethyl cellulose, EC), HPMCP(hydroxyl propyl methyl cellulose phthalate) 등을 들 수 있으나, 에틸 셀룰로오스가 가장 적합하다. 상기 에틸 셀룰로오스는 박막에서도 내구성이 우수한 특성이 있으므로, 이를 포함하는 편광판, 액정 표시 장치 등은 박형에서도 내구성 특성을 개선할 수 있다.
상기 1) 셀룰로오스계 화합물, 및 2) 방향족 비닐계 단량체 및 무수말레산계 단량체를 포함하는 공중합체의 함량비는 4:6 ~ 2:8이 바람직하며, 3.5:6.5 ~ 2.5:7.5이 더욱 바람직하다. 상기 광학 필름이 2) 방향족 비닐계 단량체 및 무수말레산계 단량체를 포함하는 공중합체를 상기 함량비로 포함할 때, 셀룰로오스의 두께 방향 위상차 값이 상쇄되어, 제로 위상차 값을 구현할 수 있다.
본 발명에 따른 광학 필름에 있어서, 상기 방향족 비닐계 단량체는 필름 성형성 및 위상차에 기여할 수 있다. 상기 방향족 비닐계 단량체로는 특별히 한정되지 않으나, 벤젠 고리에 하나 이상의 C1 내지 C5의 알킬기 또는 할로겐기로 치환 또는 비치환된 구조의 단량체를 사용하는 것이 바람직하다. 예컨대, 스티렌이나, α-메틸스티렌, p-메틸스티렌, 비닐톨루엔과 같은 스티렌 유도체가 바람직하게 사용될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 무수말레산계 단량체는 필름의 접착성 및 내열성에 기여할 수 있다. 상기 무수말레산계 단량체는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 사용할 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112010051964112-pat00001
상기 화학식 1에서,
R7 및 R8는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타낸다.
본 발명에 있어서, 상기 방향족 비닐계 단량체 및 무수말레산계 단량체를 포함하는 공중합체는 스티렌-무수말레산 공중합체(SMA)인 것이 보다 바람직하다.
본 발명에 따른 광학 필름은 하기 수학식 1로 표시되는 면 방향 위상차 값 및 하기 수학식 2로 표시되는 두께 방향 위상차 값이 각각 독립적으로 -10 내지 10nm일 수 있으며, 보다 바람직하게는 -5 내지 5nm일 수 있다.
[수학식 1]
Rin=(nx-ny)×d
[수학식 2]
Rth=(nz-ny)×d
상기 수학식 1 및 수학식 2에서,
nx는 필름의 면 방향에 있어서, 가장 굴절율이 큰 방향의 굴절율이고,
ny는 필름의 면 방향에 있어서, nx 방향의 수직 방향의 굴절율이며,
nz는 두께 방향의 굴절율이고,
d는 필름의 두께이다.
본 발명에 따른 광학 필름은 제로 위상차를 구현할 수 있으므로 편광자 보호필름을 사용될 수 있다. 이 경우, 접착력 향상을 위해 표면을 개질할 수 있다. 개질 방법으로는 코로나 처리, 플라즈마 처리, UV 처리 등으로 보호 필름의 표면을 처리하는 방법과 보호 필름의 표면에 프라이머층을 형성하는 방법 등이 있고, 상기 두 방법을 동시에 사용할 수도 있다. 프라이머의 종류는 특별히 한정되지 않지만 실란 커플링제와 같이 반응성 관능기를 가지는 화합물을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 에틸 셀룰로오스는 코팅만으로 높은 네가티브의 두께 방향 위상차 값을 나타내는 특성이 있다. 따라서, 본 발명에 따른 광학 필름은 상기 제로 위상차를 구현하기 위해, 2) 방향족 비닐계 단량체 및 무수말레산계 단량체를 포함하는 공중합체를 포함한다.
상기 방향족 비닐계 단량체 및 무수말레산계 단량체를 포함하는 공중합체에 있어서, 방향족 비닐계 단량체 및 무수말레산계 단량체의 함량비는 1:1이 바람직하다.
또한, 상기 방향족 비닐계 단량체 및 무수말레산계 단량체를 포함하는 공중합체의 분자량은 15만 ~ 35만이 바람직하며, 17만 ~ 32만이 더욱 바람직하다.
상기와 같이, 본 발명에 따른 광학 필름은 1) 셀룰로오스계 화합물, 및 2) 방향족 비닐계 단량체 및 무수말레산계 단량체를 포함하는 공중합체를 포함함으로써, 제로 위상차를 구현할 수 있고, 모듈러스(modulus) 및 항복강도(yield stress) 가 증가하므로 박형 편광판을 제조할 수 있다. 또한, 광탄성 계수를 감소시킬 수 있고, 유리 전이 온도가 높아서 필름의 내열성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 광학 필름의 유리 전이 온도는 130℃ ~ 150℃가 바람직하다.
본 발명에 따른 광학 필름의 두께는 5 내지 20㎛가 바람직하며, 5 내지 15㎛가 더욱 바람직하나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명에 따른 광학 필름의 제조방법은 1) 셀룰로오스계 화합물, 및 방향족 비닐계 단량체 및 무수말레산계 단량체를 포함하는 공중합체를 포함하는 수지 조성물을 준비하는 단계, 및 2) 상기 수지 조성물을 이용하여 필름을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 광학 필름의 제조방법에 있어서, 상기 셀룰로오스계 화합물, 방향족 비닐계 단량체, 무수말레산계 단량체 등은 전술한 바와 동일하므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에 따른 광학 필름의 제조방법에 있어서, 상기 2) 단계의 필름 형성 방법은 당 기술분야에 알려진 방법, 예컨대 코팅 방법을 이용하여 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 광학 필름을 편광자 보호 필름으로 사용하는 경우, 상기 1) 단계의 수지 조성물을 별도의 캐리어 필름 위에 코팅 후 전사하여 편광자에 접착할 수 있고, 상기 1) 단계의 수지 조성물을 편광자 위에 직접 코팅할 수도 있다.
또한, 본 발명은 상기 광학 필름을 포함하는 편광판을 제공한다.
본 발명에 따른 편광판은 편광자 및 상기 편광자의 적어도 일면에 구비된 보호 필름을 포함하고, 상기 보호 필름 중 적어도 하나가 본 발명에 따른 광학 필름인 구조를 가질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 편광자로는 당 기술분야에 알려져 있는 것을 제한되지 않고 사용할 수 있으며, 예컨대 요오드 또는 이색성 염료를 포함하는 폴리비닐알콜(PVA)로 이루어진 필름을 사용할 수 있다. 상기 편광자는 PVA 필름에 요오드 또는 이색성 염료를 염착시켜서 제조될 수 있으나, 이의 제조방법은 특별히 한정되지 않는다. 본 명세서에 있어서, 편광자는 보호 필름을 포함하지 않는 상태를 의미하며, 편광판은 편광자와 보호 필름을 포함하는 상태를 의미한다.
본 발명에 따른 편광판에 있어서, 상기 편광자의 어느 한 면에만 본 발명에 따른 광학 필름이 구비되는 경우에, 편광자의 다른 한 면에는 당 기술분야에 알려진 보호 필름이 구비될 수 있다. 상기 보호 필름으로는 트리아세테이트 셀룰로오스(TAC) 필름, 개환 상호교환 중합(ring opening metathesis polymerization; ROMP)으로 제조된 폴리노보넨계 필름, 개환 중합된 고리형 올레핀계 중합체를 다시 수소 첨가하여 얻어진 HROMP(ring opening metathesis polymerization followed by hydrogenation) 중합체 필름, 폴리에스터 필름, 또는 부가중합(addition polymerization)으로 제조된 폴리노보넨계 필름 등일 수 있다. 이외에도 투명한 고분자 재료로 제조된 필름이 보호 필름으로 사용될 수 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 편광자와 보호 필름의 접착은 접착제층을 이용하여 수행할 수 있다. 상기 보호 필름과 편광판의 합지시 사용 가능한 접착제로는 당 기술분야에 알려져 있는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 일액형 또는 이액형의 폴리비닐알콜(PVA)계 접착제, 폴리우레탄계 접착제, 에폭시계 접착제, 스티렌 부타디엔 고무계(SBR계) 접착제, 또는 핫멜트형 접착제 등이 있으나, 이들 예에만 한정되지 않는다.
상기 접착제 중 폴리비닐알콜계 접착제가 바람직하며, 특히 아세트아세틸기를 함유하는 폴리비닐알코올계 수지 및 아민계 금속 화합물 가교제를 포함하는 접착제를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 편광판용 접착제는 상기 아세트아세틸기를 함유하는 폴리비닐알코올계 수지 100 중량부 및 상기 아민계 금속 화합물 가교제 1 내지 50 중량부를 포함할 수 있다.
상기 폴리비닐알코올계 수지는 상기 편광자와 보호 필름을 충분히 접착할 수 있고, 광학적 투시도가 우수하며, 경시적인 황변 등의 변화가 없는 것이면 특별히 한정되지 않으나, 특히 가교제와의 원활한 가교반응을 고려하면 아세트아세틸기가 함유된 폴리비닐알코올계 수지를 이용하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 폴리비닐알코올계 수지의 중합도 및 검화도는 아세트아세틸기를 함유하기만 하면 특별히 한정되지 않으나, 바람직하게는 중합도가 200 내지 4,000의 범위 내이고, 검화도가 70 몰% 내지 99.9 몰%의 범위 내인 것이 좋다. 분자 움직임의 자유로움에 따른 함유 물질과의 유연한 혼합을 고려하면, 중합도는 1,500 내지 2,500의 범위내이고, 검화도는 90 몰% 내지 99.9 몰%의 범위내인 것이 더욱 바람직하다. 이 때, 상기 폴리비닐알코올계 수지는 상기 아세트아세틸기를 0.1 내지 30 몰%로 포함하는 것이 바람직하다. 상기 아세트아세틸기의 범위에서 가교제와의 반응이 원활할 수 있으며, 목적하는 접착제의 내수성 및 접착력에 충분히 유의하기 때문이다.
상기 아민계 금속 화합물 가교제는 상기 폴리비닐알코올계 수지와의 반응성을 갖는 관능기를 가지는 수용성 가교제로서, 아민계 리간드를 함유하는 금속 착물 형태인 것이 바람직하다. 가능한 금속으로는 지르코늄(Zr), 타이타늄(Ti), 하프늄(Hf), 텅스텐(W), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 루테늄(Ru), 오스뮴(Os), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 팔라듐(Pd), 백금(Pt) 등의 전이 금속이 가능하며, 중심 금속에 결합된 리간드로는 일차아민, 이차아민(다이아민), 삼차아민이나 암모늄하이드록사이드 등의 적어도 하나 이상의 아민기를 포함한 것이 모두 가능하다. 그 사용량은 상기 폴리비닐알콜계 수지 100 중량부에 대하여 1 중량부 내지 50 중량부의 범위로 조절되는 것이 바람직하다. 상기한 범위에서 목적하는 접착제에 충분히 유의적인 접착력을 부여할 수 있으며, 접착제의 저장 안정성(pot life)을 향상시킬 수 있기 때문이다.
상기 아세트아세틸기를 함유하는 폴리비닐알코올계 수지와 상기 아민계 금속 화합물 가교제를 함유하는 접착제 수용액은 pH 조절제를 사용하여 그 pH를 9이하로 조절하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 pH를 2 초과 9 이하의 범위로 조절할 수 있고, 더욱 바람직하게는 pH를 4 내지 8.5 범위로 조절할 수 있다.
본 발명에 따른 편광판은 상기 편광자와 보호 필름 간에 접착제층을 이용하여 접착하여 제조할 수 있고, 전술한 바와 같이 편광자에 직접 보호 필름 제조용 수지 조성물을 코팅하여 제조할 수도 있다.
상기와 같이 제조되는 편광판은 각종 용도에 이용될 수 있다. 구체적으로, 액정 표시 장치(LCD)용 편광판, 유기 EL 표시 장치의 반사 방지용 편광판 등을 포함하는 화상 표시 장치에 바람직하게 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 광학 필름은 각종 기능성 막, 예를 들면 λ/4판, λ/2판 등의 위상차판, 광확산판, 시야각 확대판, 휘도 향상판, 반사판 등의 여러 가지 광학층을 조합한 복합 편광판에 적용될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 광학 필름 또는 편광판을 포함하는 액정 표시 장치를 제공한다.
예컨대, 본원 발명은 광원, 제1 편광판, 액정 셀, 제2 편광판을 순차적으로 적층된 상태로 포함하고, 상기 제1 편광판 및 제2 편광판 중 적어도 하나의 보호 필름으로서 본 발명에 따른 광학 필름을 포함하는 액정 표시 장치를 제공한다.
상기 액정 표시 장치는 IPS(In-Plane Switching) 모드 액정 표시 장치인 것이 바람직하다.
특히, 본 발명에 따른 액정 표시 장치는 박형으로 제조할 수 있으므로, 모바일용 액정 표시 장치인 것이 보다 바람직하나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 상기 제1 편광판은 본 발명에 따른 편광판이고, 상기 제2 편광판은 a) 편광자, 및 b) 상기 편광자의 적어도 한 면에 구비되고, 양의 이축성 아크릴계 필름 및 네가티브(negative) C 플레이트를 포함하는 위상차 필름을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 양의 이축성 아크릴계 필름은 아크릴계 고분자를 이용하여 용융 압출법 또는 용액 캐스팅법으로 필름을 제조한 후, TD(transverse direction) 연신 공정을 수행하여 제조될 수 있다.
상기 양의 이축성 아크릴계 필름 제조시 수행되는 연신 공정은 세로 1축 연신 후 TD 연신을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, TD 연신만을 수행할 수도 있다. 상기 TD 연신은 연신 공정시 양쪽 필름의 폭을 그립으로 잡고 연신되므로, 이축성 연신 특성을 나타낼 수 있고, 이에 따라 이축성 연신 필름을 제조할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 TD 연신 공정은 연신 구간에서 클립에 의해 필름의 폭을 늘리는 연장이며, 이는 예열 단계, 연신 단계 및 열처리 단계를 각각 수행할 수 있고, 이들을 연속하여 수행할 수 있다. 연신 단계에서는 아크릴계 무연신 필름의 유리 전이 온도(Tg)를 고려하여, (Tg - 10℃) ~ (Tg + 10℃)의 온도범위에서, 필름의 진행 방향의 역방향, 즉 TD 연신 공정을 수행할 수 있다. 상기 연신 공정에서의 연신 온도는 이용하는 수지의 종류에 따라서 다르지만, 보통 80 ~ 250℃, 바람직한 것은 100 ~ 200℃, 더욱 바람직한 것은 110 ~ 160℃ 이다. 연신 단계에서의 연신 배율은 무연신 필름의 두께 및 적절한 위상차 값의 발현에 의해 설정될 수 있지만, 통상 1.1 ~ 4배가 바람직하다.
상기 아크릴계 고분자는 아크릴계 단량체, 방향족 비닐 단량체, 무수 말레산계 단량체 및 비닐시안계 단량체를 포함하는 아크릴계 공중합체를 포함하는 것이 바람직하다.
본 명세서에 기재되는 아크릴계 단량체는 아크릴레이트 뿐만 아니라 아크릴레이트 유도체를 포함하는 것을 의미하는 것으로서, 알킬아크릴레이트, 알킬메타크릴레이트, 알킬부타크릴레이트 등을 포함하는 개념으로 이해되어야 한다. 예컨대, 상기 아크릴계 단량체의 예로는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물이 포함된다:
[화학식 2]
Figure 112010051964112-pat00002
상기 화학식 2에서,
R1, R2 및 R3은 각각 독립적으로 수소, 또는 헤테로 원자를 포함하거나 포함하지 않는 탄소수 1 내지 30의 1가 탄화수소기를 나타내고, R1, R2 및 R3 중 적어도 하나는 에폭시기일 수 있으며; R4는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타낸다.
구체적으로, 상기 아크릴계 단량체로는 메틸 메타크릴레이트(methyl methacrylate), 에틸 메타크릴레이트(ethyl methacrylate), 프로필 메타크릴레이트(propyl methacrylate), n-부틸 메타크릴레이트(n-butyl methacrylate), t-부틸 메타크릴레이트(t-butyl methacrylate), 시클로헥실 메타크릴레이트(cyclohexyl methacrylate), 벤질 메타크릴레이트(benzyl methacrylate), 메톡시에틸 메타크릴레이트(methoxyethyl methacrylate), 에톡시에틸 메타크릴레이트(ethoxyethyl methacrylate), 부톡시메틸 메타크릴레이트(butoxymethyl methacrylate), 이들의 올리고머 등을 사용할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 아크릴계 공중합체 내 아크릴계 단량체의 함량은 40 ~ 99 중량%인 것이 바람직하다. 상기 아크릴계 단량체의 함량이 40 중량% 미만인 경우에는 아크릴계 고분자가 본래 가지는 고내열성, 고투명성이 충분히 발현되지 않을 수 있고, 99 중량%를 초과하는 경우에는 기계적 강도가 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
상기 아크릴계 공중합체의 방향족 비닐 단량체로는 스티렌, α-메틸 스티렌, 4-메틸 스티렌 등을 들 수 있고, 스티렌인 것이 바람직하나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 아크릴계 공중합체 내 방향족 비닐 단량체의 함량은 1 ~ 60 중량%인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 아크릴계 공중합체 내 무수말레산계 단량체의 함량은 5 ~ 30 중량%인 것이 바람직하다. 상기 무수 말레산계 단량체의 함량이 30 중량%를 초과하는 경우에는 필름의 부서짐성이 증가하여 필름이 쉽게 파단되는 문제점이 있을 수 있다.
상기 아크릴계 공중합체의 무수 말레산계 단량체로는 무수 말레산 등을 들 수 있고, 상기 비닐시안계 단량체로는 아크릴로니트릴, 메타아크릴로니트릴, 에타아크릴로니트릴 등을 들 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 아크릴계 공중합체 내 비닐시안계 단량체의 함량은 0.1 ~ 10 중량%인 것이 바람직하다.
상기 양의 이축성 아크릴계 필름은 고무 성분을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 양의 이축성 필름이란, 필름의 면 방향에 있어서 가장 굴절율이 큰 방향의 굴절율(nx), 필름의 면 방향에 있어서 nx 방향의 수직 방향의 굴절율(ny), 두께 방향 굴절율(nz)이 각각 nz > nx > ny인 관계를 만족시키는 것을 의미한다.
상기 고무 성분은 아크릴 고무, 고무-아크릴계 그래프트형 코어-쉘 폴리머, 또는 이들의 혼합물인 것이 바람직하나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 아크릴 고무는 아크릴계 수지와 고무 성분의 굴절율이 유사한 경우에는 투명성이 우수한 열가소성 수지 조성물을 얻을 수 있기 때문에 아크릴계 수지와 굴절율이 유사한 1.480 ~ 1.550인 아크릴 고무라면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 부틸 아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트와 같은 알킬 아크릴레이트 등을 들 수 있다. 상기 고무-아크릴계 그래프트형 코어-쉘 폴리머는 굴절율이 1.480 ~ 1.550인 고무-아크릴계 그래프트형 코어-쉘 폴리머라면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 부타디엔, 부틸 아크릴레이트 또는 부틸 아크릴레이트-스티렌 공중합체 기반의 고무를 코어로 하고, 폴리 메틸 메타크릴레이트 또는 폴리스티렌을 쉘로 하는 크기 50 ~ 400nm의 입자 등을 사용할 수 있다.
상기 고무 성분의 함량은 아크릴계 공중합체 100 중량부에 대해 1 ~ 50 중량부인 것이 바람직하며, 10 ~ 30 중량부인 것이 더욱 바람직하다. 상기 고무 성분의 함량이 1 중량부 미만인 경우에는 필름의 우수한 기계적 강도의 발현이 불가능할 수 있고, 필름이 부서지기 쉬워서 가공 공정상의 문제점이 발생하며, 광학 성능이 충분히 발현되지 못하게 되는 문제가 있다. 또한, 상기 함량이 30 중량부를 초과하는 경우에는 아크릴계 공중합체가 본래 가지는 고내열성, 고투명성이 충분히 발현되지 못하는 문제가 있으며, 연신 공정에서 헤이즈가 발생하는 등 가공상의 문제가 발생할 수 있다.
상기 양의 이축성 아크릴계 필름에 있어서, 상기 수학식 1로 표시되는 면 방향 위상차 값은 60 ~ 150nm 이고, 상기 수학식 2로 표시되는 두께 방향 위상차 값은 100 ~ 200nm 인 것이 바람직하다.
상기 양의 이축성 아크릴계 필름의 유리 전이 온도(Tg)는 100 ~ 250℃인 것이 바람직하다. 상기 유리 전이 온도(Tg)가 100 ~ 250℃인 필름은 우수한 내구성을 가질 수 있다.
또한, 상기 양의 이축성 아크릴계 필름은 상기 수학식 1로 표시되는 면 방향 위상차 값과 상기 수학식 2로 표시되는 두께 방향 위상차 값이 Rth > Rin인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 IPS 모드 액정 표시 장치에 있어서, 편광판의 암 상태에서 투과되는 빛을 최소화 시켜주기 위해서 양의 두께 방향 위상차 값이 필요하고, 본 발명에 사용되는 양의 이축성 아크릴계 필름은 연신시 Rth/Rin 의 값이 1 보다 크기 때문에, Rth 값을 저하시킬 필요가 있다.
이에 본 발명은 양의 이축성 아크릴계 필름에 네가티브(negative) C 플레이트를 도입하여 전체 위상차 필름의 Rth/Rin 값을 조정할 수 있다.
본 발명에 있어서 네가티브 C 플레이트란, 필름의 면 방향에 있어서 가장 굴절율이 큰 방향의 굴절율(nx), 필름의 면 방향에 있어서 nx 방향의 수직 방향의 굴절율(ny), 두께 방향 굴절율(nz)이 nx ≒ ny > nz인 관계를 만족시키는 것을 의미한다.
상기 네가티브(negative) C 플레이트는 두께 방향으로 음의 위상차 값을 가지고 높은 복굴절을 가지는 물질을 이용하고, 10 ~ 30 중량% 이하의 고분자 용액을 제조한 후, 상기 양의 이축성 아크릴계 필름에 박막으로 코팅하는 방법에 의하여 제조할 수 있다. 상기 두께 방향으로 음의 위상차 값을 가지고 높은 복굴절을 가지는 물질로는 고분자 주쇄에 방향족 고리 또는 시클로올레핀계를 포함하는 화합물을 들 수 있고, 보다 구체적인 예로는 폴리아릴레이트(polyarylate), 폴리노보넨(polynorbornene), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리설폰(polysulfone), 폴리이미드(polyimide), 셀룰로오즈 및 그 유도체 등을 들 수 있으며, 폴리아릴레이트 및 셀룰로오즈 유도체인 것이 바람직하나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
특히, 상기 폴리아릴레이트는 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112010051964112-pat00003
상기 화학식 3에서, n은 1 이상의 정수이다.
상기 네가티브(negative) C 플레이트는 상기 수학식 1로 표시되는 면 방향 위상차 값이 0 ~ 10 nm인 것이 바람직하고, 0 ~ 5nm인 것이 더욱 바람직하며, 0 ~ 3 nm인 것이 가장 바람직하다. 또한, 상기 수학식 2로 표시되는 두께 방향 위상차 값이 -40 ~ -150nm 인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 IPS 모드 액정 표시 장치는, 위상차 필름으로서 양의 이축성 아크릴계 필름과 네가티브(negative) C 플레이트를 조합하여 사용함으로써, 보다 넓은 시야각 특성을 구현할 수 있다. 즉, 상기 양의 이축성 아크릴계 필름은 Rth/Rin > 1 이고, 두께 방향 위상차 값이 음의 값을 갖는 네가티브(negative) C 플레이트에 의해 Rth/Rin < 1로 조절할 수 있으므로, 편광판과 IPS 모드 액정 패널에서 발생되는 빛 누설을 최소화시킬 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 IPS 모드 액정 표시 장치에 있어서, 상기 아크릴계 위상차 필름의 Rth/Rin 값은 1.1 ~ 6일 때 더욱 바람직하다.
아크릴계 위상차 필름은 연신시 양의 면 방향 위상차 값과 양의 두께 방향 위상차 값을 가지나, 두 값의 비율이 1보다 크게 발달되기 쉬워, 이를 사용한 IPS 모드 액정 표시 장치는 시야각 보상 필름이 사용되지 않은 IPS 모드 액정 표시 장치와 대비하였을 때, 경사각에서의 빛 누설은 없으나 비교적 낮은 콘트라스트 비 값을 나타내는 문제점이 있을 수 있다.
본 발명에 따른 IPS 모드 액정 표시 장치에 있어서, 상기 양의 이축성 아크릴계 필름과 네가티브(negative) C 플레이트를 포함하는 전체 위상차 필름의 상기 수학식 1로 표시되는 면 방향 위상차 값은 60 ~ 150nm인 것이 바람직하고, 상기 수학식 2로 표시되는 두께 방향 위상차 값은 30 ~ 120nm 인 것이 더욱 바람직하다.
상기 네가티브(negative) C 플레이트의 두께는 0.5 ~ 30㎛ 이고, 양의 이축성 아크릴계 필름과 네가티브(negative) C 플레이트를 포함하는 전체 위상차 필름의 두께는 20 ~ 100㎛ 인 것이 바람직하나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 IPS 모드 액정 표시 장치에 있어서, 상기 3) 위상차 필름은 양의 이축성 아크릴계 필름 및 네가티브(negative) C 플레이트 사이에 버퍼층을 추가로 포함할 수 있다.
상기 버퍼층은 양의 이축성 아크릴계 필름과 네가티브(negative) C 플레이트 간의 접착력을 향상시키고, 기재에 대한 용제 침식을 억제하는 역할을 할 수 있다. 상기 버퍼층은 UV 경화 또는 열 경화가 가능한 아크릴레이트 중합체, 메타크릴레이트 중합체, 및 아크릴레이트/메타크릴레이트 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 화합물을 포함할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 또한, 경화되지 않는 순수 고분자로 구성된 물질도 가능하며, 이들 물질로는 셀룰로오즈 유도체, 스타이렌계, 무수물계 및 이들을 포함한 공중합체 등을 예로 들 수 있다.
상기 버퍼층은 용매가 침식되지 않으면서 코팅 가공성이 좋은 두께 범위에서 형성될 수 있으며, 좀더 구체적으로 버퍼층의 두께는 0.2 ~ 3㎛로 형성될 수 있다.
또한, 상기 위상차 필름은 양의 이축성 아크릴계 필름 및 네가티브(negative) C 플레이트 사이에 접착층을 추가로 포함할 수 있다.
상기 접착층은 네가티브 C 플레이트 층 위에 코팅을 통해 구현할 수 있고, 전사를 통해 아크릴계 필름에 붙일 수도 있다. 상기 접착층은 천연고무, 합성고무 또는 엘라스토머, 염화비닐/초산비닐 공중합체, 폴리비닐알킬에테르, 폴리아크릴레이트, 변성 폴리올레핀계 화합물 등과 여기에 이소시아네이트 등의 경화제가 포함된 화합물에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 양의 이축성 아크릴계 필름의 광축은 상기 제2 편광판의 흡수축과 평행인 특성을 갖는다. 상기 양의 이축성 아크릴계 필름의 광축과 상기 제2 편광판의 흡수축이 서로 평행하지 않은 경우에는 광 경로상 경사각에서의 제1 편광판 및 제2 편광판 사이의 광 누설에 의한 빛샘 현상이 발생할 수 있다.
본 발명에 따른 IPS 모드 액정 표시 장치에 있어서, 상기 제1 편광판의 흡수축과 제2 편광판의 흡수축은 서로 수직인 특성을 갖는다.
본 발명에 따른 IPS 모드 액정 표시 장치에 있어서, 상기 위상차 필름은 상기 제2 편광판 및 액정 셀 사이에 배치될 수 있고, 상기 위상차 필름의 네가티브(negative) C 플레이트는 상기 액정 셀에 접하도록 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치의 대표적인 구조를 하기 도 1에 나타내었다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 >
에틸 셀룰로오스로 DOW사의 Ethocel-100, SMA로 Hercules사의 SMA 520을 사용하였으며, 에틸 셀룰로오스와 SMA의 중량비는 4:6 ~ 2:8 의 범위이고, 용매로는 톨루엔/에탄올(8/2)를 사용하여 10% 용액 제조 후 어플리케이터를 이용하여 코팅 후 90℃에서 건조하여 두께 10 ~ 11㎛의 박형 필름을 제조하였다.
EC/SMA 두께(㎛) 두께 위상차 (nm/10㎛) 광탄성계수
실시예 1 5/5 10.5 -19.9 16.6
실시예 2 4/6 10.2 -7.4 4.8
실시예 3 3/7 9.9 1.1 4.2
실시예 4 2/8 10.1 18.5 4.0
비교예 1 EC 필름 10.0 -98.7 16.6
비교예 2 TAC 필름 60 -7.8 -

Claims (17)

1) 셀룰로오스계 화합물, 및
2) 방향족 비닐계 단량체 및 무수말레산계 단량체를 포함하는 공중합체를 4:6 ~ 2:8의 함량비로 포함하고,
하기 수학식 1로 표시되는 면 방향 위상차 값 및 하기 수학식 2로 표시되는 두께 방향 위상차 값이 각각 독립적으로 -10 내지 10nm인 광학 필름:
[수학식 1]
Rin=(nx-ny)×d
[수학식 2]
Rth=(nz-ny)×d
상기 수학식 1 및 수학식 2에서,
nx는 필름의 면 방향에 있어서, 가장 굴절율이 큰 방향의 굴절율이고,
ny는 필름의 면 방향에 있어서, nx 방향의 수직 방향의 굴절율이며,
nz는 두께 방향의 굴절율이고,
d는 필름의 두께이다.
청구항 1에 있어서, 상기 1) 셀룰로오스계 화합물은 에틸 셀룰로오스(ethyl cellulose, EC)인 것을 특징으로 하는 광학 필름.
청구항 1에 있어서, 상기 방향족 비닐계 단량체는 스티렌, α-메틸스티렌, p-메틸스티렌 및 비닐톨루엔으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 필름.
청구항 1에 있어서, 상기 무수말레산계 단량체는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 필름.
[화학식 1]
Figure 112010051964112-pat00004

상기 화학식 1에서,
R7 및 R8는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타낸다.
청구항 1에 있어서, 상기 2) 공중합체는 스티렌-무수말레산 공중합체(SMA)인 것을 특징으로 하는 광학 필름.
청구항 5에 있어서, 상기 공중합체 내 스티렌 단량체와 무수말레산 단량체의 비는 1:1이며, 상기 공중합체의 분자량은 15만 ~ 35만인 특징으로 하는 광학 필름.
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 광학 필름의 두께는 5 내지 20㎛인 것을 특징으로 하는 광학 필름.
1) 셀룰로오스계 화합물, 및 방향족 비닐계 단량체 및 무수말레산계 단량체를 포함하는 공중합체를 포함하는 수지 조성물을 준비하는 단계, 및
2) 상기 수지 조성물을 이용하여 필름을 형성하는 단계를 포함하는 광학 필름의 제조방법이고,
상기 광학 필름은 상기 셀룰로오스계 화합물, 및 상기 방향족 비닐계 단량체 및 무수말레산계 단량체를 포함하는 공중합체를 4:6 ~ 2:8의 함량비로 포함하고,
하기 수학식 1로 표시되는 면 방향 위상차 값 및 하기 수학식 2로 표시되는 두께 방향 위상차 값이 각각 독립적으로 -10 내지 10nm인 광학 필름의 제조방법:
[수학식 1]
Rin=(nx-ny)×d
[수학식 2]
Rth=(nz-ny)×d
상기 수학식 1 및 수학식 2에서,
nx는 필름의 면 방향에 있어서, 가장 굴절율이 큰 방향의 굴절율이고,
ny는 필름의 면 방향에 있어서, nx 방향의 수직 방향의 굴절율이며,
nz는 두께 방향의 굴절율이고,
d는 필름의 두께이다.
청구항 1 내지 청구항 6 및 청구항 8 중 어느 한 항의 광학 필름을 포함하는 편광판.
청구항 1 내지 청구항 6 및 청구항 8 중 어느 한 항의 광학 필름을 포함하는 액정 표시 장치.
청구항 11에 있어서, 상기 액정 표시 장치는 IPS(In-Plane Switching) 모드 액정 표시 장치인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제1 편광판, 액정 셀 및 제2 편광판을 순차적으로 포함하는 액정 표시 장치로서,
상기 제1 편광판은 편광자, 및 상기 편광자의 적어도 한 면에 구비되는 청구항 1 내지 청구항 6 및 청구항 8 중 어느 한 항의 광학 필름을 포함하고,
상기 제2 편광판은 a) 편광자, 및 b) 상기 편광자의 적어도 한 면에 구비되고, 양의 이축성 아크릴계 필름 및 네가티브(negative) C 플레이트를 포함하는 위상차 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
청구항 13에 있어서, 상기 양의 이축성 아크릴계 필름은 아크릴계 단량체, 방향족 비닐 단량체, 무수 말레산계 단량체 및 비닐시안계 단량체를 포함하는 아크릴계 공중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
청구항 13에 있어서, 상기 네가티브(negative) C 플레이트는 폴리아릴레이트(polyarylate), 폴리노보넨(polynorbornene), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리설폰(polysulfone), 폴리이미드(polyimide), 셀룰로오즈 및 그 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
청구항 13에 있어서, 상기 네가티브(negative) C 플레이트는 셀룰로오즈인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
청구항 13에 있어서, 상기 양의 이축성 아크릴계 필름과 네가티브(negative) C 플레이트를 포함하는 전체 위상차 필름의 하기 수학식 1로 표시되는 면 방향 위상차 값은 60 ~ 150nm이고, 하기 수학식 2로 표시되는 두께 방향 위상차 값은 30 ~ 120nm 인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치:
[수학식 1]
Rin=(nx-ny)×d
[수학식 2]
Rth=(nz-ny)×d
상기 수학식 1 및 수학식 2에서,
nx는 필름의 면 방향에 있어서, 가장 굴절율이 큰 방향의 굴절율이고,
ny는 필름의 면 방향에 있어서, nx 방향의 수직 방향의 굴절율이며,
nz는 두께 방향의 굴절율이고,
d는 필름의 두께이다.


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