KR101575602B1

KR101575602B1 - 위상차 필름 및 이를 포함하는 액정표시장치

Info

Publication number: KR101575602B1
Application number: KR1020090128081A
Authority: KR
Inventors: 전용현; 김형준; 박준백; 최유진
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2009-12-21
Filing date: 2009-12-21
Publication date: 2015-12-09
Also published as: KR20110071493A

Abstract

방향족환 및 헤테로 원자를 포함하며 비대칭적인 구조를 갖는 화합물이 첨가되어 높은 리타데이션 값을 가지는 위상차 필름 및 이를 포함하는 액정표시장치가 개시된다. 상기 위상차 필름은, 셀룰로오스 성분 100중량부; 및 하기 화학식 1로 표시되는 리타데이션 향상 첨가제 0.01 내지 30중량부를 포함한다.

[화학식 1]

여기서, R 및 R'는, 각각 탄소수 1 내지 20의 지방족 알킬기이며, R 및 R'의 분자량 차이는 20 내지 200이다.

위상차 필름, 액정표시장치, 리타데이션 값

Description

위상차 필름 및 이를 포함하는 액정표시장치{Retardation film and liquid crystal display device having the same}

본 발명은 위상차 필름 및 이를 포함하는 액정표시장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 방향족환 및 헤테로 원자를 포함하며 비대칭적인 구조를 갖는 화합물이 첨가되어 높은 리타데이션 값을 가지는 위상차 필름 및 이를 포함하는 액정표시장치에 관한 것이다.

액정표시장치(LCD)는, 컴퓨터, 텔레비전(TV) 등의 화상 표시장치로서 이용되는 대표적인 평판 표시장치이다. 액정표시장치는, 액정셀 내의 액정의 배열 상태에 따라 다양한 모드로 구분되며, 예를 들면, 서로 대향하는 기판 사이에, 플러스 유전율 이방성을 가진 액정을 수평으로 배향시켜, 액정이 하부 기판에서 상부 기판으로 약 90° 비틀리게 배열되는 TN 모드(twisted nematic mode), 서로 대향하는 기판 사이에, 마이너스 유전율 이방성을 가진 액정을 수직으로 배향시킨 VA 모드(Vertical Alignment mode), 기타 IPS(in-plane switching) 모드 액정표시장치 등으로 구분될 수 있다. 과거에는 TN 모드 액정표시장치가 주로 사용되었으나, 최근 TV의 대형화에 따라, 높은 콘트라스트의 실현이 가능하고, 제조 수율이 우수한 VA 모드 액정표시장치의사용 비율이 증가하고 있다.

액정표시장치에 있어서, 백라이트(back light)에서 방출된 빛은 이방성을 가지는 액정 및 서로 수직으로 배치된 1쌍의 편광판을 통과하므로, 액정표시장치의 정면에서는 화상이 양호하지만, 측면에서는 표시 성능이 저하되는 시야각 의존성이 발생한다. 특히 VA 모드 액정표시장치의 경우, 측면, 즉, 기울기 시각에 있어서는, 액정이 복굴절성을 나타내어, 위상차를 가지며, 또한 1쌍의 편광판도 직교하지 않아, 빛이 누설되므로, 콘트라스트가 저하된다. 따라서, VA 모드 액정표시장치의 경우, 상대적으로 시야각의 확대가 어려운 단점이 있다. 이와 같은 시야각 의존성을 감소시키기 위하여, 위상차 필름(광학보상필름)이 사용되고 있다. 위상차 필름은 직선 편광을 타원 편광이나 원 편광으로 변환하거나, 어떤 방향에 있는 직선 편광을 다른 방향으로 변환시키므로, 이를 이용하여, 액정표시장치의 시야각을 개선할 수 있다.

VA 모드 액정표시장치에 사용되는 위상차 필름은, 리타데이션 값(Retardation, 광학이방성)이 커야 하며, 일반적으로 20~70nm의 Re 리타데이션 값 및 70~400nm의 Rth 리타데이션 값을 가진다. 이와 같은 리타데이션 값을 가지는 위상차 필름을 제조하기 위하여, 합성 고분자 필름을 사용하는 방법과 셀룰로오스 아세테이트 필름의 물성을 개선하는 방법이 연구되고 있다. 셀룰로오스 아세테이트 필름은 대표적인 등방성 필름으로서 리타데이션 값이 작으므로, 셀룰로오스 필름의 리타데이션 값을 증가시키기 위하여, 셀룰로오스 성분에 방향족 화합물을 첨가하여 연신하는 방법이 연구되고 있다. 이와 같은 셀룰로오스 아세테이트 위상차 필름은 편광판의 보호 필름 기능도 겸할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 목적은, 리타데이션 값(광학이방성)이 큰 위상차 필름 및 이를 포함하는 액정표시장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 VA 모드용 액정표시장치에특히 유용한 위상차 필름 및 이를 포함하는 액정표시장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 셀룰로오스 성분 100중량부; 및 리타데이션 향상 첨가제로서 2-(4-터트-부틸페닐)-5-(4-비페닐일)-1,3,4-옥사디아졸(2-(4-tert-butylphenyl)-5-(4-biphenylyl)-1,3,4-oxadiazole) 0.01 내지 30중량부를 포함하는 위상차 필름을 제공한다.

삭제

또한, 본 발명은, 액정셀; 상기 액정셀의 양측에 위치한 1쌍의 편광판; 및 상기 편광판 중 화상 표시 방향의 편광판에 부착되는 상부 위상차 필름과 백라이트 방향의 편광판에 부착되는 하부 위상차 필름을 포함하며, 상기 상부 위상차 필름 및 하부 위상차 필름의 적어도 하나는 셀룰로오스 성분 100중량부, 및 리타데이션 향상 첨가제로서 2-(4-터트-부틸페닐)-5-(4-비페닐일)-1,3,4-옥사디아졸 0.01 내지 30중량부를 포함하는 것인 액정표시장치를 제공한다.

본 발명에 따른 위상차 필름은 리타데이션 값(광학이방성)이 커서, VA 모드용 액정표시장치의 위상차 필름으로서 특히 유용하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 위상차 필름은 셀룰로오스 성분 100중량부 및 하기 화학식 1로 표시되는 형태의 리타데이션 향상 첨가제로서 2-(4-터트-부틸페닐)-5-(4-비페닐일)-1,3,4-옥사디아졸 0.01 내지 30중량부, 바람직하게는 0.1 내지 10중량부를 포함한다.

여기서, R 및 R'는, 각각 탄소수 1 내지 20, 바람직하게는 1 내지 10, 더욱 바람직하게는 1 내지 5의 지방족 알킬기이며, R 및 R'의 분자량 차이는 20 내지 200, 바람직하게는 20 내지 100, 더욱 바람직하게는 20 내지 50이다.

본 발명에 따른 위상차 필름의 제조에 사용되는 셀룰로오스 성분으로는 트리아세틸셀룰로오스(TAC), 셀룰로오스아세테이트프로피오네이트(CAP) 등의 셀룰로오스아세테이트를 사용할 수 있다.

본 발명에 사용되는 리타데이션 향상 첨가제는, 상기 화학식 1로 표시된 바와 같이, 메인 구조로서, 방향족환 및 헤테로 원자(산소 원자(O), 질소 원자(N))를 포함하는 옥사디아졸(oxadiazole)을 포함하며, 서로 다른 알킬기(R 및 R')를 포함하여 비대칭적인 구조를 갖는다. 상기 R 및 R'의 분자량 차이가 20 미만이면, 상기 셀룰로오스 성분과 상용성이 나빠지고, 필름의 투명성이 저하될 우려가 있고, 200을 초과하면, 첨가제의 용매에 대한 용해성이 저하되거나, 첨가제의 구조가 복잡해져서 합성 원가가 지나치게 상승할 우려가 있다.

상기 리타데이션 향상 첨가제의 첨가량은 셀룰로오스 성분 100 중량부에 대해서 0.01 내지 30중량부, 바람직하게는 0.1 내지 10중량부이다. 여기서, 상기 첨가제의 첨가량이 0.01중량부 미만이면, 위상차 필름의 리타데이션 향상이 불충분할 우려가 있고, 30중량부를 초과하면, 위상차 필름의 리타데이션이 더 이상 향상되지 않고, 오히려 위상차 필름의 물성이 저하될 우려가 있고, Rth/Re 비율의 차이로 인해 원하는 리타데이션 값 구현이 힘들 수 있다.

본 발명에 따른 위상차 필름은 공지의 다양한 방법으로 제조될 수 있으며, 예를 들면, 솔벤트 캐스트(solvent cast)법에 의해 제조될 수 있다. 솔벤트 캐스트법에 있어서는, 캐스팅 용매에 셀룰로오스 성분 및 각종 첨가제를 용해시킨 도프(dope) 용액을 제조하고, 상기 도프 용액을 시이트(sheet)의 형태로 지지체에 도포하고, 용매를 증발시킴으로써, 필름을 형성한다. 필요에 따라, 이와 같이 제조된 필름을 연신기(Tenter)로 연신하여, 최종 제품인 위상차 필름을 제조할 수 있다. 상기 캐스팅 용매로는 메틸렌클로라이드(Methylene Chloride: MC), 아세트산 메틸(Methyl Acetic acid), 알코올(예를 들면, 메탄올, 에탄올) 등의 유기용매가 사용될 수 있으며, 상기 지지체로는, 컨베이어 벨트 형태의 금속 지지체가 사용될 수 있고, 상기 첨가제로는 화학식 1의 리타데이션 향상 첨가제, 트리페닐포스페이트(TPP) 등의 가소제를 예시할 수 있다. 상기 도프(dope) 용액은 통상적으로 약 10 내지 35중량%, 바람직하게는 15 내지 25중량%의 셀룰로오스 성분 및 첨가제(고형분)을 포함하며, 필름으로 성형되기 적절한 점도를 가져야 한다. 본 발명에 따라 제조되는 위상차 필름의 두께는, 필요에 따라 적절히 조절될 수 있으나, 통상적으로, 5 내지 100㎛, 바람직하게는 40 내지 80㎛이며, 필요에 따라, 종 및/또는 횡 방향으로 연신 될 수 있다. 또한, 본 발명에 따라 제조되는 위상차 필름의 폭은 통 상적으로, 900 내지 2,000mm이다.

본 발명에 따른 위상차 필름은 1nm≤Re≤80nm, 바람직하게는 10nm≤Re≤70nm, 더욱 바람직하게는 30nm≤Re≤70nm의 면내의 리타데이션 값(Re, λ=550nm 기준), 30nm≤Rth≤300nm, 바람직하게는 40nm≤Rth≤200nm, 더욱 바람직하게는 80nm≤Rth≤150nm의 두께 방향의 리타데이션 값(Rth, λ=550nm 기준)을 가진다. 상기 면내의 리타데이션 값(Re) 및 두께 방향의 리타데이션 값(Rth)은 주어진 파장에서의 수평 방향 및 수직 방향 위상차로서, 위상차 필름의 면 내 방향의 주 굴절률(길이 방향 및 폭 방향 굴절률)이 nx, ny (nx ≥ ny), 면 외 방향의 주 굴절률(두께 방향 굴절률)이 nz, 필름 두께가 d(nm)인 경우, 면내의 리타데이션 값(Re) = (nx - ny) * d 이고, 두께 방향의 리타데이션 값(Rth) = ((nx+ny)/2 - nz) * d 로 정의된다. 또한, 본 발명에 따른 위상차 필름의 바람직한 투과율은 90~95%, 인장강도(MD(machine direction)/TD(transverse direction))는 170~190N/mm²/ 170~190N/mm², 신도(MD/TD)는 30~50%/10~40%, 모듈러스(Modulus, MD/TD)는 3500~4500N/mm²/ 3500~4500N/mm²의 값을 나타낸다. 본 발명에 따른 위상차 필름은 VA 모드 액정표시장치에 특히 유용하게 사용될 수 있다.

다음으로, 도 1을 참조하여, 본 발명에 따른 위상차 필름을 포함하는 액정표시장치의 구조를 설명한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장 치는, 액정셀(10), 상기 액정셀(10)의 양측에 위치한 1쌍의 편광판(20a, 20b), 및 상기 편광판(20a, 20b) 중 화상 표시 방향(관찰자측)의 편광판(20a)에 부착되는 상부 위상차 필름(30a)과 백라이트(광원측) 방향의 편광판(20b)에 부착되는 하부 위상차 필름(30b)을 포함한다. 본 발명에 따른 액정표시장치에 있어서, 상기 상부 위상차 필름(30a) 및 하부 위상차 필름(30b)의 적어도 하나는 본 발명에 따른 위상차 필름으로 이루어진다. 또한, 본 발명에 따른 액정표시장치에 있어서, 상기 액정셀(10)은 대향하는 기판(12, 14)과 액정 분자(16)로 이루어진 통상의 장치이며, 상기 1쌍의 편광판(20a, 20b) 역시, 크로스니콜의 관계로 배치된 통상의 장치로서, 필요에 따라 트리아세틸셀룰로오스(TAC) 필름 등의 보호필름이 부착되어 있을 수도 있다. 본 발명에 따른 액정표시장치에 있어서, 상기 편광판(20a, 20b)과 위상차 필름(30a, 30b)은 직접 부착되어 있을 수도 있고, 상기 위상차 필름(30a, 30b)의 기능을 방해하지 않는 한도 내에서, 다른 보호 필름 등을 매개하여, 부착되어 있을 수도 있다. 또한, 상기 액정셀(10) 및 편광판(20a, 20b) 역시, 직접 접해 있거나, 직접 접해있지 않을 수 있다.

이하, 구체적인 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 이해를 돕기 위한 것으로써, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1] 셀룰로오스 아세테이트 필름의 제조

아세틸화도 60.6%의 셀룰로오스 아세테이트 100중량부, 리타데이션 향상 첨가제(2-4-tert-butylphenyl)-5-(4-biphenylyl)-1,3,4-oxadiazole) 10중량부, 제1 용매로서 메틸렌클로라이드 593.3중량부 및 제2 용매로서 메탄올 65.9중량부를 믹싱 탱크에 넣고, 교반하여 완전히 용해시켰다. 각 성분이 용해된 도프(dope) 용액을 캐스팅(casting)하여, 두께 60㎛의 셀룰로오스 아세테이트 필름을 제조하였으며, 이때, 필름의 연신비는 20%, 연신 온도는 135℃, 건조 온도는 140℃(40분)이었다. Axoscan 장비를 이용하여 제조된 필름의 리타데이션 값을 측정한 결과, Re=70nm, Rth=210nm(λ=550nm 기준)이었다. 투과율은 93.5%, 인장강도(MD(machine direction)/TD(transverse direction))는 140N/mm²/ 170N/mm², 신도(MD/TD)는 30%/18%, 모듈러스(Modulus, MD/TD)는 3500N/mm²/ 3800N/mm²의 값을 나타내었다. 여기서 투과율은 ASTM D1003에 따라 측정하였고, 인장강도, 신도 및 모듈러스는ASTM D882에 따라 측정하였다.

상기 결과로부터, 본 발명에 따른 리타데이션 향상 첨가제를 사용한 셀룰로오스 아세테이트 필름은, 리타데이션 값(광학이방성)이 커서, 일반적으로 20~70nm의 Re 리타데이션 값 및 70~400nm의 Rth 리타데이션 값을 요구하는 VA 모드용 액정표시장치의 위상차 필름으로서 특히 유용함을 알 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치의 구조를 설명하기 위한 도면.

Claims

셀룰로오스 성분 100중량부; 및

리타데이션 향상 첨가제로서 2-(4-터트-부틸페닐)-5-(4-비페닐일)-1,3,4-옥사디아졸(2-(4-tert-butylphenyl)-5-(4-biphenylyl)-1,3,4-oxadiazole) 0.01 내지 30중량부를 포함하는 위상차 필름.
제1항에 있어서, 상기 셀룰로오스 성분은 셀룰로오스아세테이트이고, 상기 셀룰로오스 성분 100중량부에 대하여 상기 리타데이션 향상 첨가제의 함량은 0.1 내지 10중량부인 것인 위상차 필름.
제1항에 있어서, 상기 위상차 필름은 1nm≤Re≤80nm의 면내의 리타데이션 값(Re, λ=550nm 기준) 및 30nm≤Rth≤300nm의 두께 방향의 리타데이션 값(Rth, λ=550nm 기준)을 가지는 것인 위상차 필름.
액정셀;

상기 액정셀의 양측에 위치한 1쌍의 편광판; 및

상기 편광판 중 화상 표시 방향의 편광판에 부착되는 상부 위상차 필름과 백라이트 방향의 편광판에 부착되는 하부 위상차 필름을 포함하며,

상기 상부 위상차 필름 및 하부 위상차 필름의 적어도 하나는 셀룰로오스 성분 100중량부 및 리타데이션 향상 첨가제로서 2-(4-터트-부틸페닐)-5-(4-비페닐일)-1,3,4-옥사디아졸 0.01 내지 30중량부를 포함하는 것인 액정표시장치.