KR101645776B1 - 역파장 분산 특성을 갖는 위상차 필름, 이를 포함하는 편광판 및 표시장치 - Google Patents

역파장 분산 특성을 갖는 위상차 필름, 이를 포함하는 편광판 및 표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 (a) 부의 복굴절 수지 및 (b) 200nm 내지 400nm 파장 영역에 있어서, 식 (1)로 표시되는 이색성(dichroism)의 최대값이 0.01 이상인 자외선 흡수제를 포함하는 연신 필름이며, 역파장 분산 특성을 갖는 위상차 필름, 이를 포함하는 편광판 및 표시장치에 관한 것이다.

Description

역파장 분산 특성을 갖는 위상차 필름, 이를 포함하는 편광판 및 표시장치{Retardation film, polarizing plate and display device comprising the same}
본 발명은 역파장 분산 특성을 갖는 위상차 필름, 이를 포함하는 편광판 및 표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자외선 흡수제를 포함하는 부의 복굴절 수지를 연신하여 제조되는 역파장 분산 특성을 갖는 위상차 필름, 이를 포함하는 편광판 및 표시장치에 관한 것이다.
근래 광학 기술의 발전을 발판으로 종래의 브라운관을 대체하는 플라즈마 디스플레이 패널(plasma display panel, PDP), 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 유기발광소자(Organic Light Emitting Diodes, OLED) 등 여러 가지의 방식을 이용한 디스플레이 장치들이 제안, 시판되고 있다. 최근 이러한 디스플레이 장치들에 요구되는 특성들이 한층 고도화 되어가고 있는 추세이며, 이에 따라, 디스플레이 장치에 적용되는 광학 필름과 같은 주변 부품들에 대한 요구 특성 역시 고도화 되어가고 있는 추세이다. 특히, 최근 디스플레이 장치들은 박막화, 경량화, 화면 면적의 대형화가 추진되면서 광시야각화, 고콘트라스트화, 시야각에 따른 화상 색조 변화의 억제 및 화면 표시의 균일화가 특히 중요한 문제가 되고 있다.
위상차 필름은 시야각 개선, 표시 품질 향상 등의 목적을 위해 디스플레이 장치에 사용되는 광학 필름으로, 파장분산 특성에 따라 정파장 분산성, 플랫파장 분산성 및 역파장 분산성을 갖는 것으로 나눌 수 있다. 정파장 분산성을 갖는 위상차 필름은 입사광의 파장이 커짐에 따라 발생되는 위상차 값이 작아지는 특성을 갖는 위상차 필름을 의미하고, 플랫파장 분산성을 갖는 위상차 필름은 입사광의 파장에 무관하게 유사한 정도의 위상차 값이 발생하는 특성을 갖는 위상차 필름을 의미하며, 역파장 분산성을 갖는 위상차 필름은 입사광의 파장이 커짐에 따라 발생하는 위상차 값도 커지는 특성을 갖는 위상차 필름을 의미한다.
현재까지 개발된 대부분의 위상차 필름들은 정파장 분산성이나 플랫파장 분산성을 갖는데, 이와 같이 정파장 분산성이나 플랫 파장 분산성을 갖는 위상차 필름의 경우, 광 파장이 변하면 위상 지연 정도도 달라지기 때문에 균일한 색상이나 시감을 얻기 어렵다는 문제점이 있다. 이에 비해 역파장분산성을 가질 경우, 광 파장이 커질수록 위상 지연값도 커지기 때문에, 상대적으로 넓은 광 파장 대역에서 비교적 균일한 위상 지연을 구현할 수 있다는 점에서 주목을 받고 있다. 그러나, 파장 분산성은 위상차 필름의 재료에 따라 고유하게 나타나는 특성이기 때문에, 1장으로 역파장 분산성을 갖는 위상차 필름은 제조하기 위해서는 새로운 원료 물질을 찾아내야 하는데, 이는 현실적으로 쉽지 않다. 따라서, 종래에는 파장 분산성이 상이한 2장 이상의 위상차 필름을 점착제나 접착제를 이용하여 적층하여 역파장 분산성을 갖는 위상차 필름을 제조하거나, 정의 위상차 값을 갖는 수지와 부의 위상차 값을 갖는 수지를 공압출하여 적층체를 형성하고, 이를 연신하여 역파장 분산성을 갖는 위상차 필름을 제조하는 방법 등이 제안되었다.
그러나 첫 번째 방법의 경우, 적층되는 2개의 위상차 필름의 광축이 정확하게 배치되지 않으면 역파장 분산성이 나타나지 않아 제조가 매우 까다롭다는 문제점이 있으며, 두 번째 방법의 경우, 각 층을 형성하는 수지의 유리전이온도가 비슷하지 않으면 연신이 제대로 일어나지 않기 때문에, 사용 가능한 수지가 제한된다는 문제점이 있었다.
따라서, 제조가 쉽고 한 장으로 역파장 분산성을 구현할 수 있는 위상차 필름 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 제조가 용이하고, 역파장 분산성으로 인하여 균일한 투과도 및 균일한 시감을 구현할 수 있는 위상차 필름, 이를 포함하는 편광판 및 표시장치를 제공하고자 한다.
일 측면에서, 본 발명은 (a) 부의 복굴절을 갖는 수지 및 (b) 200nm 내지 400nm 파장 영역에 있어서, 하기 식 (1)로 표시되는 이색성(dichroism)의 최대값이 0.01 이상인 자외선 흡수제를 포함하는 연신 필름이며, 역파장 분산 특성을 갖는 위상차 필름을 제공한다.
식 (1): 이색성 = |
Figure 112013065403927-pat00001
-
Figure 112013065403927-pat00002
|
상기 식 (1)에서,
Figure 112013065403927-pat00003
는 이상광 (extraordinary ray)의 흡광 계수이며,
Figure 112013065403927-pat00004
는 상광(ordinary ray)의 흡광 계수임.
이때, 상기 위상차 필름은 하기 식 (2) 내지 (4)를 만족하는 것이 바람직하다.
식 (2): 0.5 ≤ Rin(450)/Rin(550) ≤ 1.0
식 (3): 1.0 < Rin(650)/Rin(550) ≤ 1.3
식 (4): 130nm ≤ Rin (550) ≤ 200nm
상기 식 (2) 내지 (4)에 있어서, Rin (λ)는 하기 식 (5)로 정의되는 파장 λnm에서의 면 방향 위상차 값임.
식 (5): Rin (λ) = (nx-ny) × d
상기 식 (5)에서, nx는 위상차 필름 면의 지상축(slow axis) 방향의 굴절율이고, ny는 위상차 필름 면의 진상축(slow axis) 방향의 굴절율이며, d는 위상차 필름 두께이다.
한편, 본 발명에 있어서, 상기 (a) 부의 복굴절을 갖는 수지는, 이로써 제한되는 것은 아니나, 폴리메틸메타크릴레이트, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, 폴리(나프탈렌), 폴리(비닐카바졸) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 폴리메틸메타크릴레이트 수지, 알파 메틸 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체 수지, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체 수지, 폴리(2-나프탈렌), 폴리(9-비닐카바졸) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 (a) 부의 복굴절을 갖는 수지는 폴리메틸메타크릴레이트 수지 100 중량부 및 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체 수지 10 내지 25 중량부를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 있어서, 상기 (b) 자외선 흡수제는 하기 [화학식 1]로 표시되는 트리아진계 자외선 흡수제일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112013065403927-pat00005
상기 [화학식 1]에서, 상기 R1 내지 R6은 각각 독립적으로 수소원자, 수산화기, 탄소수 1 내지 18의 알킬기, 탄소수 1 내지 18의 알콕시기, 탄소수 2 내지 18의 디알킬아미노기, 탄소수 2 내지 18의 알킬카르보닐옥시기, 탄소수 6 내지 24의 아릴기, 탄소수 1 내지 18의 알킬기로 치환된 페닐기, 탄소수 7 내지 24의 아릴알킬기, 탄소수 6 내지 24의 아릴옥시기, 탄소수 7 내지 24의 아릴알킬옥시기, 탄소수 7 내지 24의 아릴카르보닐옥시기 및 탄소수 3 내지 14의 시클로알킬기로 이루어진 군으로부터 선택되는 유기기임. 이때, 상기 R1 내지 R6 중 적어도 하나 이상은 탄소수 1 내지 18의 알콕시기, 페닐기, 페닐옥시기, 벤질기 또는 벤질 옥시기일 수 있음.
다른 측면에서, 본 발명은 편광자 및 상기 본 발명의 위상차 필름을 적어도 하나 포함하는 편광판을 제공한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 상기 본 발명의 편광판 및/또는 본 발명의 위상차 필름을 포함하는 표시장치를 제공한다. 이때, 상기 표시장치는 LCD 장치, OLED 장치 등일 수 있다.
본 발명은 부의 복굴절을 갖는 수지 및 특정한 조건을 만족하는 자외선 흡수제를 포함하는 수지 조성물에 의해 제조되는 위상차 필름에 관한 것으로, 종래에 비해 매우 용이하게 원하는 파장분산 특성을 갖는 위상차 필름을 제조할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 위상차 필름은 광 파장이 커질수록 위상지연값이 커지는 역파장 분산성을 갖기 때문에, 넓은 광 대역에서 비교적 균일한 정도의 위상 지연을 발생시킬 수 있다. 그 결과 편광판이나 표시장치에 본 발명의 위상차 필름을 적용할 경우, 종래에 비해 우수한 색상, 시감 및 광학 특성을 구현할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명자들은 제조가 간편하고, 역 분산 특성 조절이 용이한 위상차 필름을 제조하기 위해 부단한 연구를 거듭한 결과, 부의 복굴절 수지에 자외선 영역에서 이색성의 최대값이 0.01 이상인 자외선 흡수제를 첨가한 조성물을 이용하여 필름을 제막한 후, 이를 연신함으로써, 역 분산 특성을 갖는 위상차 필름을 제조할 수 있음을 알아내고 본 발명을 완성하였다.
지금까지 액정셀이나 편광소자 등을 자외선으로부터 보호하기 위해 광학 필름에 자외선 흡수제를 포함시키는 기술들은 많이 제시되었으나, 특정 조건의 자외선 흡수제를 이용하여 역파장분산 특성을 갖는 위상차 필름을 제조하는 기술은 제안된 적이 없었다.
이하 본 발명의 구성을 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명의 위상차 필름은 (a) 부의 복굴절을 갖는 수지 및 (b) 200nm 내지 400nm 파장 영역에 있어서, 하기 식 (1)로 표시되는 이색성(dichroism)의 최대값이 0.01 이상인 자외선 흡수제를 포함하는 연신 필름이며, 역파장 분산 특성을 갖는 것을 그 특징으로 한다.
식 (1): 이색성 = |
Figure 112013065403927-pat00006
-
Figure 112013065403927-pat00007
|
상기 식 (1)에서,
Figure 112013065403927-pat00008
는 이상광 (extraordinary ray)의 흡광 계수이며,
Figure 112013065403927-pat00009
는 상광(ordinary ray)의 흡광 계수임.
한편, 본 발명에 있어서, 상기 이상광(extraordinary ray)의 흡광 계수 αe 및 상광(ordinary ray)의 흡광 계수 α0는 자외선 흡수제가 포함된 필름의 편광 투과도를 측정하여 계산할 수 있다. 예를 들면, 투과도 측정 장치(예를 들면, 히타치 사의 U-3310 등)의 광원에 편광판을 부착하여 편광이 발생하도록 한 다음, 상기 편광을 시료 필름에 투과시켜 상광의 투과도 To를 측정한 후, 시료 필름을 90˚회전시킨 상태에서 편광을 투과시켜 이상광의 투과도 Te를 측정한다. 그런 다음, 측정된 상광 투과도와 이상광 투과도를 하기 식에 대입하여, 상광과 이상광의 흡광 계수를 계산한다.
-Log T = αbc
(T : 투과도, α:흡광 계수, b : 시료 두께, c : 자외선 흡수제 농도)
상기 (a)부의 복굴절을 갖는 수지는 연신 후에 연신 방향의 수직 방향으로 복굴절이 발현되는 수지를 의미하는 것으로, 본 발명에서는 당해 기술 분야에 잘 알려져 있는 다양한 부의 복굴절 수지들, 예를 들면 부의 복굴절 특성을 갖는 모노머들의 호모폴리머나 공중합체 수지 또는 이들의 블랜드 수지 등이 제한없이 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 (a) 부의 복굴절을 갖는 수지로는, 이로써 제한되는 것은 아니나, 폴리메틸메타크릴레이트, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, 폴리(나프탈렌), 폴리(비닐카바졸) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 폴리메틸메타크릴레이트 수지, 알파 메틸 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체 수지, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체 수지, 폴리(2-나프탈렌), 폴리(9-비닐카바졸) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
한편, 광학 특성 및 제막 특성 등을 고려할 때, 상기 (a) 부의 복굴절을 갖는 수지는 폴리메틸메타크릴레이트 수지 및 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체 수지를 포함하는 것이 보다 바람직하다. 한편, 이로써 한정되는 것은 아니나, 상기 (a) 부의 복굴절을 갖는 수지로 폴리메틸메타크릴레이트 수지 및 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체 수지의 혼합물을 사용할 경우, 상기 폴리메틸메타크릴레이트 수지와 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체 수지의 중량비는 100 : 10 ~ 100 : 25 정도일 수 있다. 즉, 상기 폴리메틸메타크릴레이트 수지 100 중량부에 대하여, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체 수지를 10 내지 30 중량부, 바람직하게는 15 내지 25중량부 정도의 함량으로 포함하는 것이 바람직하다. 상기 중량비를 만족할 경우, 수지들간의 혼화성이 좋고, 1/4 파장판으로 사용되기에 적합한 면내 위상차값을 구현할 수 있기 때문이다.
다음으로, 상기 (b) 자외선 흡수제는 200nm 내지 400nm 파장 영역에 있어서 상기 식 (1)로 표시되는 이색성(dichroism)의 최대값이 0.01 이상, 바람직하게는 0.01 내지 0.1 정도인 자외선 흡수제이다. 본 발명과 같이, 200nm 내지 400nm 파장 영역, 즉 자외선 파장 대역에서의 이색성의 최대값이 0.01 이상인 자외선 흡수제가 포함된 필름을 연신할 경우, 필름 연신 후 상기 자외선 흡수제에 의해 가시광선 파장 영역에서 정의 복굴절 특성이 발현되면서 위상 지연이 유도되게 되며, 이와 같이 유도된 자외선 흡수제의 위상 지연과 부의 복굴절 특성을 갖는 수지의 위상차가 상쇄되면서 역파장분산 특성이 발현되는 것으로 나타났다. 그러나 이러한 특성은 자외선 파장 대역에서의 이색성의 최대값이 0.01 이상인 자외선 흡수제를 사용하는 경우에만 발생하고, 등방성이거나, 이색성의 최대값이 0.01 미만인 자외선 흡수제를 사용하는 경우에는 역파장 분산 특성이 발현되지 않았다.
한편, 본 발명에 사용되는 상기 (b) 자외선 흡수제는 200nm 내지 400nm 파장 영역에 있어서 상기 식 (1)로 표시되는 이색성의 최대값이 0.01 이상이면 되고, 그 종류가 특별히 제한되는 것은 아니나, (a)부의 복굴절을 갖는 수지와의 상용성 및 열안정성을 고려할 때, 트리아진계 자외선 흡수제인 것이 보다 바람직하다. 예를 들면, 본 발명에서 사용가능한 트리아진계 자외선 흡수제로 BASF사의 Tinuvin 460, Tinuvin477, Tinuvin479, Tinuvin1577 및/또는 ADEKA사의 LA46 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
바람직하게는, 상기 (b) 자외선 흡수제는 하기 [화학식 1]로 표시되는 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112013065403927-pat00010
상기 [화학식 1]에서, 상기 R1 내지 R6은 각각 독립적으로 수소원자, 수산화기, 탄소수 1 내지 18의 알킬기, 탄소수 1 내지 18의 알콕시기, 탄소수 2 내지 18의 디알킬아미노기, 탄소수 2 내지 18의 알킬카르보닐옥시기, 탄소수 6 내지 24의 아릴기, 탄소수 1 내지 18의 알킬기로 치환된 페닐기, 탄소수 7 내지 24의 아릴알킬기, 탄소수 6 내지 24의 아릴옥시기, 탄소수 7 내지 24의 아릴알킬옥시기, 탄소수 7 내지 24의 아릴카르보닐옥시기 및 탄소수 3 내지 14의 시클로알킬기로 이루어진 군으로부터 선택되는 유기기일 수 있으며, 바람직하게는, 상기 R1 내지 R6 중 적어도 하나 이상은 탄소수 1 내지 18의 알콕시기, 페닐기, 페닐옥시기, 벤질기 또는 벤질 옥시기일 수 있다.
더 바람직하게는, 상기 (b) 자외선 흡수제는 하기 [화학식 2]로 표시되는 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112013065403927-pat00011
상기 [화학식 2]에 있어서, R7 내지 R10은 각각 독립적으로 탄소수 3 내지 7의 알킬기일 수 있으며, 상기 R7 내지 R10은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
한편, 본 발명에 있어서, 상기 (b) 자외선 흡수제는 상기 (a) 부의 복굴절 수지 100 중량부에 대해 0.1 내지 10 중량부 정도, 바람직하게는 0.1 내지 6중량부 정도, 더 바람직하게는 2 내지 4 중량부 정도의 함량으로 포함되는 것이 좋다. 자외선 흡수제의 함량이 상기 범위를 만족할 때, 역파장분산 특성 발현 효과 및 광학 특성이 우수하기 때문이다.
한편, 광학 특성 및 필름 제막성 등을 고려할 때, 본 발명의 위상차 필름은, (a)부의 복굴절을 갖는 수지로 폴리메틸메타크릴레이트 수지 및 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체 수지를 100 : 10 내지 100 : 25의 중량비로 포함하는 블랜드 수지를 사용하고, 상기 (b) 자외선 흡수제를 폴리메틸메타크릴레이트 수지 100중량부에 대하여 3 내지 5.5 중량부의 함량으로 포함하는 조성물을 이용하여 제조되는 것이 보다 바람직하다.
상기와 같은 조성물에 의해 제조된 본 발명의 위상차 필름은, 하기 식 (2), (3) 또는 (4)를 만족하는 것이 바람직하다.
식 (2): 0.5 ≤ Rin(450)/Rin(550) ≤ 1.0
식 (3): 1.0 < Rin(650)/Rin(550) ≤ 1.3
식 (4): 130nm ≤ Rin (550) ≤ 200nm
상기 식 (2) 내지 (4)에 있어서, Rin (λ)는 필름 두께 100㎛로 환산하여 측정한 하기 식 (5)로 정의되는 파장 λnm에서의 면 방향 위상차 값이다.
식 (5): Rin (λ) = (nx-ny) × d
상기 식 (5)에서, nx는 위상차 필름 면의 지상축(slow axis) 방향의 굴절율이고, ny는 위상차 필름 면의 진상축(slow axis) 방향의 굴절율이며, d는 위상차 필름 두께이다.
보다 바람직하게는, 본 발명의 위상차 필름은 Rin(450)/Rin(550)가 0.8 내지 0.95이고, Rin(650)/Rin(550)이 1.0 초과 1.2 이하일 수 있다. 또한, 상기 Rin(550)은 130 내지 180nm, 또는 130 내지 150nm 일 수 있다. 상기 수치 범위들을 만족할 때, 보다 우수한 시감 및 색상을 구현할 수 있기 때문이다.
한편, 상기 위상차 필름의 두께는 20㎛ 내지 60㎛ 정도일 수 있다. 필름 두께가 20㎛미만이면 위상차가 충분히 구현되지 않고, 60㎛를 초과하면 장치의 박형화가 어려울 수 있기 때문이다.
또한, 상기 위상차 필름의 면방향 위상차 값은 130 내지 200nm, 130 내지 180nm, 또는 130 내지 150nm 일 수 있다. 그러나, 본 발명의 위상차 필름의 위상차 값이 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기와 같은 특성을 갖는 본 발명의 위상차 필름의 제조 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 부의 복굴절을 갖는 수지와 자외선 흡수제를 혼합하여 열가소성 수지 조성물을 제조한 후 이를 필름 성형하고, 이를 연신하는 방법에 의해 제조될 수 있다.
상기 열가소성 수지 조성물은 예를 들어, 옴니 믹서 등 임의의 적절한 혼합기로 상기 필름 원료를 프리블렌드한 후 얻어진 혼합물을 압출 혼련하여 제조한다. 이 경우, 압출 혼련에 이용되는 혼합기는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 단축 압출기, 2축 압출기 등의 압출기나 가압 니더(Kneader) 등 임의의 적절한 혼합기를 이용할 수 있다.
상기 필름 성형의 방법으로서는, 예를 들어 용액 캐스트법(용액 유연법), 용융 압출법, 캘린더법, 압축 성형법 등 임의의 적절한 필름 성형법을 들 수 있다. 이들 필름 성형법 중 용액 캐스트 법(용액 유연법), 용융 압출법이 바람직하다.
상기 용액 캐스트법(용액 유연법)에 이용되는 용매는 예를 들어 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등의 방향족 탄화수소류; 시클로헥산, 데칼린 등의 지방족 탄화수소류; 아세트산에틸, 아세트산부틸 등의 에스테르류; 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤 등의 케톤류; 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 이소부탄올, 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 부틸셀로솔브 등의 알코올류; 테트라하이드로푸란, 디옥산 등의 에테르류; 디클로로메탄, 클로로포름, 사염화탄소 등의 할로겐화 탄화수소류; 디메틸포름아미드; 디메틸술폭시드 등을 들 수 있다. 이들 용매는 단독으로 이용해도 되고 2종 이상을 병용해도 된다.
상기 용액 캐스트법(용액 유연법)을 실시하기 위한 장치로는 예를 들어 드럼식 캐스팅 머신, 밴드식 캐스팅 머신, 스핀 코터 등을 들 수 있다. 한편, 상기 용융 압출법으로는 예를 들어, T 다이법, 인플레이션법 등을 들 수 있다. 성형 온도는 150~350℃, 또는 200~300℃일 수 있다.
상기 T 다이법으로 필름을 성형하는 경우에는, 공지된 단축 압출기나 2축 압출기의 선단부에 T 다이를 장착하고, 필름 형상으로 압출된 필름을 권취하여 롤 형상의 필름을 얻을 수 있다.
상기와 같은 과정을 통해 필름이 제막된 후, 상기 필름을 연신한다. 연신 공정은 종 방향(MD) 연신, 횡 방향(TD) 연신을 각각 수행할 수도 있고, 모두 수행할 수도 있다. 또한, 종 방향 연신과 횡 방향 연신을 모두 수행하는 경우에, 어느 한 쪽을 먼저 연신한 후에 다른 방향으로 연신할 수도 있고, 두 방향을 동시에 연신할 수도 있다. 또한, 상기 연신은 한 단계로 수행할 수도 있고, 다단계에 걸쳐 이루어질 수도 있다. 종 방향 연신의 경우, 롤 사이의 속도 차에 의한 연신을 수행할 수 있으며, 횡 방향 연신의 경우 텐타를 사용할 수 있다. 텐타의 레일 개시각은 통상 10도 이내로 하여, 횡 방향 연신시에 생기는 보잉(Bowing) 현상을 억제하고 광학 축의 각도를 규칙적으로 제어한다. 횡 방향 연신을 다단계로 수행할 경우에도 보잉 억제 효과를 얻을 수 있다.
연신 온도는, 필름 원료인 열가소성 수지 조성물의 유리전이 온도 근처의 범위인 것이 바람직하고, 상기 수지 조성물의 유리전이온도를 Tg라 할 때, 바람직하게는 (Tg-30℃)~(Tg+100℃), 보다 바람직하게는 (Tg-20℃)~(Tg+80℃)의 범위 내이다. 연신 온도가 (Tg-30℃) 미만이면 충분한 연신 배율이 얻어지지 않을 우려가 있다. 반대로, 연신 온도가 (Tg+100℃)를 초과하면, 수지 조성물의 유동(플로우)이 일어나, 안정적인 연신을 실시하지 못할 우려가 있다.
또는, 상기 연신은, (Tg-20℃)~(Tg+30℃)의 온도 범위에서 수행될 수 있다. 상기 온도 범위는 수지 조성물의 저장 탄성율이 저하되기 시작하고, 이에 따라 손실 탄성율이 저장 탄성율보다 커지게 되는 온도부터, 고분자 사슬의 배향이 완화되어 소실되는 온도까지의 영역을 가리키는 것이다. 또는, 상기 연신 공정시의 온도는 수지 조성물의 유리전이온도일 수 있다. 수지 조성물의 유리전이온도는 시차주사형 열량계(DSC)에 의해 측정될 수 있다.
면적비로 정의한 연신 배율은, 바람직하게는 1.1~25배, 보다 바람직하게는 1.3~10배이다. 연신 배율이 1.1배 미만이면, 연신에 수반되는 인성의 향상으로 이어지지 않을 우려가 있다. 연신 배율이 25배를 초과하면, 연신 배율을 높인 만큼의 효과가 나타나지 않을 우려가 있다.
또한, 연신 속도는 소형 연신기(universal testing machine, Zwick/Roell Z010)의 경우는 1 내지 100m/min의 범위 내에서, 그리고 파일로트 연신 장비의 경우는 0.1 내지 2m/min의 범위 내에서 연신 조작을 행하는 것이 바람직하며, 연신 배율은 5 내지 300% 정도인 것이 바람직하다.
연신 방향, 연신 속도 또는 연신 배율 등은 원하는 위상차 특성에 따라 적절하게 조절될 수 있으나, 필름의 파장분산특성, 위상차값 및 연신 용이성 등을 감안할 때, 바람직하게는, (Tg-20℃)~(Tg+30℃)의 온도 범위에서 MD 방향으로 100% 내지 300%의 배율로 실시되는 것이 바람직하다.
상기 위상차 필름은 이의 광학적 등방성이나 기계적 특성을 안정화시키기 위하여, 연신 처리 후에 열처리(어닐링) 등을 실시할 수 있다. 열처리 조건은 특히 제한되지 않으며 본 발명의 기술분야에서 통상의 기술자에게 알려진 임의의 적절한 조건을 채용할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 위상차 필름은 편광판 및/또는 표시장치에 적용되어 유용하게 사용될 수 있다. 본 발명의 다른 구현예에 따르면, 본 발명은 편광자 및 상기 본 발명의 위상차 필름을 적어도 하나 포함하는 편광판을 제공한다.
상기 위상차 필름은 편광자의 일면 또는 양면에 직접 부착될 수 있다. 또한, 편광자의 양면에 보호 필름이 부착된 종래의 편광판의 보호필름 상에 부착되어, 위상차 필름으로 유용하게 사용될 수 있다.
상기 위상차 필름을 편광자의 일면 또는 양면에 직접 부착시키는 경우, 예를 들어, 그 구조는 상 보호필름/편광자/위상차 필름 또는 위상차 필름/편광자/하 보호필름일 수 있다. 그 부착 방법은, 롤 코터, 그라비어 코터, 바 코터, 나이프 코터, 캐필러리 코터, 또는 마이크로 챔버 닥터 블레이드(Micro Chamber Doctor blade) 코터 등을 사용하여 위상차 필름 또는 편광자의 표면에 프라이머를 코팅한 후, 점적방식으로 접착제를 뿌리고, 위상차 필름과 편광자를 포함하는 적층체를 합지 롤로 가열 합지하는 방법, 상온 압착하여 합지하는 방법, 또는 UV 경화하는 방법에 의해 수행될 수 있다.
예를 들어, 수계 접착제를 이용해 편광자의 일면 또는 양면에 위상차 필름을 직접 부착시키는 경우, 위상차 필름의 표면에 바 코터 방식에 의해 폴리우레탄디아민(Polyurethanediamine) 계열의 프라이머를 코팅한 후, 상기 위상차 필름과 편광자 사이에 접착제를 점적방식으로 뿌리고, 상기 위상차 필름과 편광자의 적층체를 합지 롤로 가열 합지하거나, 상온 압착하여 합지하는 방법에 의해 수행될 수 있다.
또한, UV 경화형 접착제를 이용해 편광자의 일면 또는 양면에 위상차 필름을 직접 부착시키는 경우, 위상차 필름의 표면에 마이크로 챔버 닥터 블레이드 코터에 의해 프라이머를 코팅한 후, 위상차 필름과 편광자 사이에 접착제를 점적방식으로 뿌리고, 합지한 후, UV 경화하는 방법에 의해 수행될 수 있다.
한편, 상기 종래의 편광판의 보호필름 상에 본 발명의 위상차 필름을 부착하는 경우, 예를 들어, 그 구조는 상 보호필름/편광자/하 보호필름/위상차 필름 또는 위상차 필름/상 보호필름/편광자/하 보호필름일 수 있다. 이때, 상기 보호필름과 위상차 필름은 점착층 및/또는 접착층을 통해 부착될 수 있다. 그 부착 방법은, 예를 들어, 롤 코터, 그라비어 코터, 바 코터, 나이프 코터 또는 캐필러리 코터 등을 사용하여 위상차 필름 또는 보호필름의 표면에 접착제를 코팅한 후, 위상차 필름 및 보호필름을 포함하는 적층체를 합지 롤로 가열 합지하거나, 상온 압착하여 합지하는 방법에 의해 수행될 수 있다.
한편, 상기 접착제로는 당해 기술분야에서 사용되는 접착제들, 예를 들면, 폴리비닐알코올계 접착제, 폴리우레탄계 접착제, 아크릴계 접착제 등을 제한 없이 사용할 수 있다. 또한, 상기 점착층 또한 당해 기술분야에서 사용되는 것이면 어떤 것이라도 제한되지 않는다.
또한, 본 발명의 또 다른 구현 예는 상기 편광판을 포함하는 표시장치 및 상기 위상차 필름을 적어도 하나 포함하는 표시장치를 제공한다. 이때, 상기 표시장치는 액정표시장치, 플라즈마 디스플레이, 유기발광소자 등일 수 있으며, VA 모드 액정표시장치 또는 유기발광 소자에 특히 적합하다.
이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 발명의 예시를 위한 것이며, 하기 실시예에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것으로 의도되지 않는다.
실시예 1
폴리메틸메타크릴레이트 수지(이하, PMMA라 함, 제품명: 830HR, LGMMA 제품) 100 중량부에 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체 수지(이하, SAN이라 함, 제품명: 82TR, LG화학 제품) 20 중량부 및 트리아진계 자외선 흡수제인 Tinuvin 460(BASF사 제품) 3.0 중량부를 포함하는 수지 조성물을 핸드 믹싱하여 압출기에 넣고 용융 혼련하여 두께 200㎛의 원단 필름을 제조하였다. 이 필름을 UTM(Universal Testing Machine Z010, Zwick/Roell 제품)에서 129℃ 온도로 승온 후 MD 방향으로 200% 연신하여 두께 50㎛의 위상차 필름을 제조하였다.
실시예 2
상기 폴리메틸메타크릴레이트 수지 100 중량부에 대하여 상기 Tinuvin460 자외선 흡수제를 3.0 중량부 대신 5.5 중량부로 포함하는 수지 조성물을 이용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방식으로 위상차 필름을 제조하였다.
비교예 1
상기 트리아진계 자외선 흡수제를 전혀 포함하지 않고, 상기 폴리메틸메타크릴레이트 수지(제품명: 830HR, LGMMA 제품) 100 중량부에 상기 SAN 20 중량부(제품명: 82TR, LG화학 제품)를 포함하는 수지 조성물을 이용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방식으로 위상차 필름을 제조하였다.
삭제
삭제
비교예 2
Tinuvin460 자외선 흡수제 대신 LA F70을 2.0 중량부로 포함하는 수지 조성물을 이용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방식으로 위상차 필름을 제조하였다.
비교예 3
상기 트리아진계 자외선 흡수제 대신 LA F70을 0.7 중량부로 포함하는 수지 조성물을 이용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방식으로 위상차 필름을 제조하였다.
실험예 1
엑소메트릭스(Axometrics)사의 엑소스캔(Axoscan) 장비를 사용하여, 상기 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1 내지 3에 의해 제조된 위상차 필름에 대하여 면 방향 위상차 값을 측정하여 하기 표 1에 기재하였다.
실험예 2
상기 실험예 1과 동일하게, 엑소메트릭스(Axometrics)사의 엑소스캔(Axoscan) 장비를 사용하여, 상기 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1 내지 3에 의해 제조된 위상차 필름에 대하여 R(450)/R(550) 및 R(650)/R(550) 값을 측정하여 하기 표 1에 기재하였다.
구분 자외선 흡수제의 이색성 최대값 Rin＠50㎛ R(450)/R(550) R(650)/R(550)
실시예 1 PMMA 100 중량부 + SAN 20 중량부+ Tinuvin460 3.0중량부 0.019 140 1.00 1.01
실시예 2 PMMA 100 중량부 + SAN 20 중량부 + Tinuvin460 5.5중량부 0.035 140 0.90 1.06
비교예 1 PMMA 100 중량부 + SAN 20 중량부 0.000 160 1.05 0.97
비교예 2 MA 100 중량부 + SAN 20 중량부 + LA F70 2.0 중량부 0.007 140 1.04 0.98
비교예 3 PMMA 100 중량부 + SAN 20 중량부 + LA F70 0.7 중량부 0.002 140 1.05 0.97
상기 [표 1]에 나타난 바와 같이, 200nm 내지 400nm 영역에서 이색성의 최대값이 0.01 이상인 자외선 흡수제를 사용한 실시예 1 내지 2의 위상차 필름의 경우, 역파장분산특성을 갖는 반면, 200nm 내지 400nm 영역에서 이색성의 최대값이 0.01 미만인 자외선 흡수제를 사용한 비교예 1 ~ 3의 위상차 필름은 정파장분산 특성을 가짐을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims (15)

  1. (a) 부의 복굴절을 갖는 수지 및 (b) 200nm 내지 400nm 파장 영역에 있어서, 하기 식 (1)로 표시되는 이색성(dichroism)의 최대값이 0.01 이상 0.035이하인 자외선 흡수제를 포함하는 연신 필름이며, 역파장 분산 특성을 갖고,
    상기 (a) 부의 복굴절을 갖는 수지는 폴리메틸메타크릴레이트 수지 100 중량부 및 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체 수지 10 내지 25 중량부를 포함하는 것인 위상차 필름.
    식 (1): 이색성 = |
    Figure 112016067939263-pat00012
    -
    Figure 112016067939263-pat00013
    |
    상기 식 (1)에서,
    Figure 112016067939263-pat00014
    는 이상광 (extraordinary ray)의 흡광 계수이며,
    Figure 112016067939263-pat00015
    는 상광(ordinary ray)의 흡광 계수임.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 위상차 필름은 하기 식 (2) 및 (3)을 만족하는 위상차 필름.
    식 (2): 0.5 ≤ Rin(450)/Rin(550) ≤ 1.0
    식 (3): 1.0 < Rin(650)/Rin(550) ≤ 1.3
    상기 식 (2) 및 (3)에 있어서, Rin (λ)는 하기 식 (5)로 정의되는 파장 λnm에서의 면 방향 위상차 값임.
    식 (5): Rin (λ) = (nx-ny) × d
    상기 식 (5)에서, nx는 위상차 필름 면의 지상축(slow axis) 방향의 굴절율이고, ny는 위상차 필름 면의 진상축(slow axis) 방향의 굴절율이며, d는 위상차 필름 두께이다.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 위상차 필름은 하기 식 (4)를 만족하는 위상차 필름.
    식 (4): 130nm ≤ Rin (550) ≤ 200nm
    상기 식 (4)에 있어서, Rin (λ)는 하기 식 (5)로 정의되는 파장 λnm에서의 면 방향 위상차 값임.
    식 (5): Rin (λ) = (nx-ny) × d
    상기 식 (5)에서, nx는 위상차 필름 면의 지상축(slow axis) 방향의 굴절율이고, ny는 위상차 필름 면의 진상축(slow axis) 방향의 굴절율이며, d는 위상차 필름 두께이다.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 자외선 흡수제는 하기 [화학식 1]로 표시되는 화합물을 포함하는 트리아진계 자외선 흡수제인 위상차 필름.
    [화학식 1]
    Figure 112013065403927-pat00016

    상기 [화학식 1]에서, 상기 R1 내지 R6은 각각 독립적으로 수소원자, 수산화기, 탄소수 1 내지 18의 알킬기, 탄소수 1 내지 18의 알콕시기, 탄소수 2 내지 18의 디알킬아미노기, 탄소수 2 내지 18의 알킬카르보닐옥시기, 탄소수 6 내지 24의 아릴기, 탄소수 1 내지 18의 알킬기로 치환된 페닐기, 탄소수 7 내지 24의 아릴알킬기, 탄소수 6 내지 24의 아릴옥시기, 탄소수 7 내지 24의 아릴알킬옥시기, 탄소수 7 내지 24의 아릴카르보닐옥시기 및 탄소수 3 내지 14의 시클로알킬기로 이루어진 군으로부터 선택되는 유기기임.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 자외선 흡수제는 하기 [화학식 2]로 표시되는 화합물을 포함하는 트리아진계 자외선 흡수제인 위상차 필름.
    [화학식 2]
    Figure 112013065403927-pat00017

    상기 [화학식 2]에 있어서, R7 내지 R10은 각각 독립적으로 탄소수 3 내지 7의 알킬기임.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 자외선 흡수제는 상기 (a) 부의 복굴절을 갖는 수지 100 중량부에 대해 0.1 내지 10 중량부의 함량으로 포함되는 위상차 필름.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 부의 복굴절을 갖는 수지는 폴리메틸메타크릴레이트 수지 및 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체 수지를 100 : 10 내지 100 : 25의 중량비로 포함하고,
    상기 (b) 자외선 흡수제는 폴리메틸메타크릴레이트 수지 100중량부에 대하여 3 내지 5.5 중량부의 함량으로 포함되는 것인 위상차 필름.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 위상차 필름의 두께는 20~60㎛인 위상차 필름.
  12. 편광자; 및
    제1항 내지 제3항 및 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항의 위상차 필름을 적어도 하나 이상 포함하는 편광판.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 편광자의 일면에 보호 필름이 부착되고, 상기 편광자의 타면에 상기 위상차 필름이 부착되는 것인 편광판.
  14. 제12항의 편광판을 포함하는 표시장치.
  15. 제1항 내지 제3항 및 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항의 위상차 필름을 적어도 하나 포함하는 표시장치.
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