KR101735149B1 - 광학 필름 - Google Patents

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Abstract

본 출원은 광학 필름 및 그를 포함하는 디스플레이 장치에 대한 것이다. 상기 광학 필름은, 예를 들면, 액정 디스플레이 또는 유기발광디스플레이 등과 같은 디스플레이 장치의 최외각 또는 편광층을 시인측에 포함하는 디스플레이의 상기 편광층의 외측에 배치될 수 있다. 이와 같이 배치된 상기 필름은, 예를 들면, 관측자가 편광 선글라스 등을 착용하고 화면을 관찰할 경우에 발생할 수 있는 휘도의 저하 등의 문제를 해결할 수 있다. 상기 광학 필름은 상기 용도에 적합한 경도를 나타낼 수 있다.

Description

광학 필름{Optical Film}
본 출원은 광학 필름 및 그 용도에 대한 것이다.
LCD(Liquid Crystal Display) 또는 OLED(Organic Light Emitting Display) 등의 디스플레이 장치에는 광 특성의 조절 또는 반사 방지 등의 목적으로 편광층이 포함될 수 있다. 예를 들어, 이러한 디스플레이 장치들을 편광 선글라스 등을 착용하고 관찰하는 경우, 상기 장치 내의 편광층과 상기 편광 선글라스의 편광축의 관계에 따라서는 관측자가 관찰하는 화면의 휘도가 저하되거나, 경우에 따라서는 화면이 관찰되지 않는 경우가 있다. 특허문헌 1은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 디스플레이 장치의 구조를 제안하고 있다.
한국공개특허 제2009-0035940호
본 출원은 광학 필름 및 그 용도를 제공한다.
예시적인 광학 필름은, 디스플레이 장치의 최외곽 또는 시인측에 편광층을 포함하는 디스플레이 장치의 상기 편광층의 외측에 배치되는 것일 수 있다. 본 명세서에서 용어 외곽 또는 외측은, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 디스플레이 장치에서 화면이 표시되는 부위, 예를 들면, 디스플레이 장치를 관찰하는 관측자쪽 방향을 의미할 수 있다. 또한, 상기에서 시인측의 편광층은 디스플레이 장치가 2개 이상의 편광층을 포함하는 경우에 가장 외측, 즉 관측자와 가장 가깝게 배치되는 편광층을 의미할 수 있다. 또한, 상기에서 편광층의 외측은 편광층의 관측자측 방향을 의미할 수 있다.
광학 필름은 액정층을 포함할 수 있다. 액정층은, 예를 들면, 가시광 영역에 속하는 파장 범위 중 적어도 하나의 파장에 대하여 1/4의 위상 지연 특성, 즉 입사되는 선편광을 타원편광 또는 원편광으로 변환시키거나, 반대로 입사되는 타원편광 또는 원편광을 선편광으로 변환시킬 수 있는 면상 위상차를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 액정층은, 약 550 nm 파장의 광에 대하여 측정한 면상 위상차가 80 nm 내지 200 nm 또는 90 nm 내지 150 nm 정도일 수 있다. 이러한 범위의 위상차를 가지는 액정층은, 디스플레이 장치에 배치되어, 예를 들어, 편광 선글라스를 착용하고 관찰하는 과정에서 발생할 수 있는 휘도의 저하 등의 문제를 방지할 수 있다.
본 명세서에서 용어 면상 위상차는 하기 수식 1에 의해 측정되는 수치이다.
[수식 1]
Rin = d × (nx - ny)
수식 1에서 Rin은 면상 위상차이고, d는 액정층의 두께이며, nx는 지상축 방향의 굴절률이고, ny는 진상축 방향의 굴절률이다.
액정층은 두께 방향으로 위상차를 가지는 것이거나 혹은 가지지 않는 것일 수 있다. 예를 들어, 액정층은, 550 nm 파장의 광에 대한 두께 방향의 위상차가 -20 nm 내지 20 nm 또는 -10 nm 내지 10 nm 정도일 수 있다.
본 명세서에서 용어 두께 방향 위상차는 하기 수식 2에 의해 측정되는 수치이다.
[수식 2]
Rth = d × (nz - ny)
수식 2에서 Rth는 두께 방향 위상차이고, d는 액정층의 두께이며, nz는 두께 방향의 굴절률이고, ny는 진상축 방향의 굴절률이다.
액정층은, 표면 경도가 1H 이상, 2H 이상, 3H 이상 또는 4H 이상일 수 있다. 이와 같은 액정층의 표면 경도는, 예를 들면, 후술하는 바와 같이 액정층을 형성하는 액정 조성물의 조성의 조절을 통해 달성할 수 있다. 상기 범위의 표면 경도를 가지는 액정층은 최외곽 등에 배치되는 본원의 용도에 적합하다. 상기에서 표면 경도는 ASTM D3363에 따라서 500 g의 연필 하중과 250 mm/min의 연필 이동 속도로 측정한 연필 경도이다. 상기 표면 경도의 상한은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 8H 이하, 7H 이하 또는 6H 이하일 수 있다.
액정층은, 중합성 액정 화합물을 포함하는 중합성 액정 물질을 포함하는 액정 조성물의 경화층일 수 있다. 본 명세서에서 액정 물질은 후술하는 중합성 액정 화합물로 형성되는 성분이고, 예를 들면, 후술하는 중합성 액정 화합물 중에서 어느 일종의 화합물 또는 이종 이상의 혼합물일 수 있다.
액정층이 전술한 경도를 가지기 위하여 상기 액정 조성물의 조성은 다양한 방식으로 조절될 수 있다. 예를 들면, 후술하는 바와 같이 상기 액정 물질이 다관능 중합성 액정 화합물을 소정 비율 이상으로 포함하게 하거나, 혹은 상기 중합성 액정 화합물과 반응할 수 있는 관능기를 가지는 화합물을 추가로 첨가하거나, 혹은 액정 물질 내의 다관능 중합성 액정 화합물의 비율을 조절하는 동시에 상기 중합성 액정 화합물과 반응할 수 있는 관능기를 가지는 화합물을 추가로 첨가하는 방식 등을 적용할 수 있다.
본 명세서에서 용어 중합성 액정 화합물은, 액정성을 나타낼 수 있는 부위, 예를 들면, 메소겐(mesogen) 골격 등을 포함하고, 중합성 관능기를 하나 이상 포함하는 화합물을 의미할 수 있다.
적절한 경도의 확보를 위하여 상기 액정 물질은 다관능성 중합성 액정 화합물만으로 형성되거나, 혹은 다관능성 중합성 액정 화합물과 단관능성 중합성 액정 화합물을 적정 비율로 포함할 수 있다.
본 명세서에서 용어 다관능성 중합성 액정 화합물은, 상기 액정 화합물 중에서 중합성 관능기를 2개 이상 포함하는 화합물을 의미할 수 있다. 하나의 예시에서 다관능성 중합성 액정 화합물은 중합성 관능기를 2개 내지 10개, 3개 내지 8개, 3개 내지 6개, 3개 내지 5개, 3개 내지 4개, 2개 또는 3개 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 용어 단관능성 중합성 액정 화합물은, 상기 액정 화합물 중에서 하나의 중합성 관능기를 포함하는 화합물을 의미할 수 있다.
다관능성 또는 단관능성 중합성 액정 화합물은, 예를 들면, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다. 다관능성인 경우 하기 화학식 1에서 중합성 관능기는 2개 이상이며, 단관능성인 경우 하기 화학식 1에서 중합성 관능기는 하나일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112013109698966-pat00001
화학식 1에서 A는 단일 결합, -COO- 또는 -OCO-이고, R1 내지 R10은, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 알킬기, 알콕시기, 알콕시카보닐기, 시아노기, 니트로기, -O-Q-P, -OC(=O)-O-Q-P 또는 하기 화학식 2의 치환기이거나, R1 내지 R5 중 인접하는 2개의 치환기의 쌍 또는 R6 내지 R10 중 인접하는 2개의 치환기의 쌍은 서로 연결되어 -O-Q-P로 치환된 벤젠을 형성할 수 있다. 다만, 상기에서 R1 내지 R10 중 적어도 하나는 -O-Q-P 또는 하기 화학식 2의 치환기이거나, R1 내지 R5 중 인접하는 2개의 치환기 또는 R6 내지 R10 중 인접하는 2개의 치환기 중 적어도 하나의 쌍은 서로 연결되어 -O-Q-P로 치환된 벤젠을 형성하고, 상기에서 Q는 알킬렌기 또는 알킬리덴기이며, P는, 알케닐기, 에폭시기, 시아노기, 카복실기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기 등의 중합성 관능기이다.
[화학식 2]
Figure 112013109698966-pat00002
화학식 2에서 B는 단일 결합, -COO- 또는 -OCO-이고, R11 내지 R15는, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 알킬기, 알콕시기, 알콕시카보닐기, 시아노기, 니트로기 또는 -O-Q-P 또는 -OC(=O)-O-Q-P이거나, R11 내지 R15 중 인접하는 2개의 치환기의 쌍은 서로 연결되어 -O-Q-P로 치환된 벤젠을 형성하되, R11 내지 R15 중 적어도 하나가 -O-Q-P이거나, R11 내지 R15 중 인접하는 2개의 치환기의 쌍은 서로 연결되어 -O-Q-P로 치환된 벤젠을 형성하고, 상기에서 Q는 알킬렌기 또는 알킬리덴기이며, P는, 알케닐기, 에폭시기, 시아노기, 카복실기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기 등의 중합성 관능기이다.
화학식 1 및 2에서 인접하는 2개의 치환기가 서로 연결되어 -O-Q-P로 치환된 벤젠을 형성한다는 것은, 인접하는 2개의 치환기가 서로 연결되어 전체적으로 -O-Q-P로 치환된 나프탈렌 골격을 형성하는 것을 의미할 수 있다.
화학식 2에서 B의 좌측의 「-」는, B가 화학식 1의 벤젠에 직접 연결되어 있음을 의미할 수 있다.
화학식 1 및 2에서 용어 「단일 결합」은, A 또는 B로 표시되는 부분에 별도의 원자가 존재하지 않는 경우를 의미한다. 예를 들어, 화학식 1에서 A가 단일 결합인 경우, A의 양측의 벤젠이 직접 연결되어 비페닐(biphenyl) 구조를 형성할 수 있다.
화학식 1 및 2에서 할로겐으로는, 예를 들면, 염소, 브롬 또는 요오드 등이 예시될 수 있다.
본 명세서에서 용어 「알킬기」는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 예를 들면, 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기를 의미하거나, 또는, 예를 들면, 탄소수 3 내지 20, 탄소수 3 내지 16 또는 탄소수 4 내지 12의 시클로알킬기를 의미할 수 있다. 상기 알킬기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 의해 치환될 수 있다.
본 명세서에서 용어 「알콕시기」는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 예를 들면, 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 알콕시기를 의미할 수 있다. 상기 알콕시기는, 직쇄, 분지쇄 또는 고리형일 수 있다. 또한, 상기 알콕시기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 의해 치환될 수 있다.
본 명세서에서 용어 「알킬렌기」 또는 「알킬리덴기」는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 예를 들면, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 4 내지 10 또는 탄소수 6 내지 9의 알킬렌기 또는 알킬리덴기를 의미할 수 있다. 상기 알킬렌기 또는 알킬리덴기는, 예를 들면, 직쇄, 분지쇄 또는 고리형일 수 있다. 또한, 상기 알킬렌기 또는 알킬리덴기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 의해 치환될 수 있다.
본 명세서에서 「알케닐기」는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 예를 들면, 탄소수 2 내지 20, 탄소수 2 내지 16, 탄소수 2 내지 12, 탄소수 2 내지 8 또는 탄소수 2 내지 4의 알케닐기를 의미할 수 있다. 상기 알케닐기는, 예를 들면, 직쇄, 분지쇄 또는 고리형일 수 있다. 또한, 상기 알케닐기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 의해 치환될 수 있다.
화학식 1 및 2에서 P는, 예를 들면, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기이거나, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기일 수 있고, 다른 예시에서는 아크릴로일옥시기일 수 있다.
본 명세서에서 특정 관능기에 치환되어 있을 수 있는 치환기로는, 알킬기, 알콕시기, 알케닐기, 에폭시기, 옥소기, 옥세타닐기, 티올기, 시아노기, 카복실기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기, 메타크릴로일옥시기 또는 아릴기 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
단관능 중합성 액정 화합물의 경우 화학식 1에서 하나 존재할 수 있는 -O-Q-P 또는 상기 -O-Q-P를 포함하는 화학식 2의 잔기는, 예를 들면, R2, R3, R4, R7, R8 또는 R9 중 어느 하나의 위치에 존재할 수 있으며, 화학식 2의 잔기가 존재하는 경우에 R12, R13 또는 R14의 위치에 -O-Q-P가 존재할 수 있다. 또한, 서로 연결되어 -O-Q-P로 치환된 벤젠을 구성하는 치환기는, 예를 들면, R3 및 R4이거나, 또는 R12 및 R13일 수 있다.
다관능 중합성 액정 화합물, 예를 들면, 이관능 또는 삼관능 이상의 중합성 액정 화합물이라면, R2, R3, R4, R7, R8 또는 R9 중 2개 이상의 위치에 -O-Q-P 또는 상기 -O-Q-P를 포함하는 화학식 2의 잔기가 존재할 수 있고, 화학식 2의 잔기가 존재하는 경우에 R12, R13 또는 R14의 위치에 -O-Q-P가 존재할 수 있다. 삼관능 이상의 중합성 액정 화합물로는, 예를 들면, R12, R13 및 R14 중 어느 하나의 위치에 화학식 2의 잔기가 존재하면서, R2, R3 또는 R4 중 1개 또는 2개와 R12, R13 또는 R14 중 1개 또는 2개의 위치에 -O-Q-P가 존재하는 중합성 액정 화합물을 사용할 수 있다.
화학식 1의 중합성 액정 화합물 또는 화학식 2의 잔기에서 -O-Q-P 또는 화학식 2의 잔기 이외의 치환기 또는 서로 연결되어 벤젠을 형성하고 있는 치환기 외의 치환기는 예를 들면, 수소, 할로겐, 탄소수 1 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기, 탄소수 1 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기를 포함하는 알콕시카보닐기, 탄소수 4 내지 12의 시클로알킬기, 탄소수 1 내지 4의 알콕시기, 시아노기 또는 니트로기일 수 있으며, 다른 예시에서는 염소, 탄소수 1 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기, 탄소수 4 내지 12의 시클로알킬기, 탄소수 1 내지 4의 알콕시기, 탄소수 1 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기를 포함하는 알콕시카보닐기 또는 시아노기일 수 있다.
하나의 예시에서는, 전술한 표면 경도를 만족하기 위하여 액정 물질은 다관능 중합성 액정 화합물을 적어도 50 중량% 이상 포함할 수 있다. 액정 물질 내에서 상기 다관능 중합성 액정 화합물의 비율의 상한은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 액정 물질에 포함되는 중합성 액정 화합물은 모두 다관능 중합성 액정 화합물일 수 있다. 또한, 공정성이나 배향성 등을 고려하여 단관능 중합성 액정 화합물이 추가로 포함될 수 있는데, 단관능 중합성 액정 화합물이 포함될 경우에 액정 물질 내에서 다관능 중합성 액정 화합물의 비율은, 예를 들면, 50 중량% 내지 90 중량%, 50 중량% 내지 80 중량%, 50 중량% 내지 70 중량% 또는 50 중량% 내지 60 중량% 정도일 수 있다.
다관능 중합성 액정 화합물로는 통상 중합성 관능기가 2개인 이관능 중합성 액정 화합물이 사용된다. 그러나, 표면 경도의 확보 효율 등을 고려하여 다관능 중합성 액정 화합물로는 중합성 관능기가 3개 이상, 예를 들면, 3개 내지 10개, 3개 내지 8개, 3개 내지 6개인 중합성 액정 화합물(이하, 삼관능 이상의 중합성 액정 화합물로 호칭할 수 있다.)이 사용되거나, 이관능 중합성 액정 화합물과 상기 삼관능 이상의 중합성 액정 화합물이 혼합 사용될 수 있다. 삼관능 이상의 중합성 액정 화합물이 사용되는 경우에 상기 삼관능 이상의 중합성 액정 화합물의 비율은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 액정 물질 내에서 중량 비율로 8 중량% 이상, 8 중량% 내지 20 중량%, 8 중량% 내지 15 중량% 또는 10 중량% 내지 15 중량%의 비율로 사용될 수 있다. 이와 같이 삼관능 이상의 중합성 액정 화합물이 사용되는 경우에는 높은 표면 경도, 예를 들면, 표면 경도가 2H 이상 또는 3H 이상인 층의 형성에 유리할 수 있다.
다른 예시에서는 표면 경도의 확보를 위하여 액정 조성물은, 반응성 비액정성 화합물을 추가로 포함할 수 있다. 본 명세서에서 용어 반응성 비액정성 화합물은 상기 중합성 액정 화합물의 중합성 관능기와 반응할 수 있는 관능기를 가지는 화합물을 의미할 수 있다. 상기 반응성 화합물은 예를 들면 액정성이 없는 비액정성 화합물일 수 있다. 반응성 화합물은 상기 중합성 관능기와 반응할 수 있는 관능기를 2개 이상, 3개 이상 또는 4개 이상 가질 수 있고, 적절하게는 4개 이상 가질 수 있다. 반응성 화합물 내에서 상기 관능기의 상한은 특별히 제한되는 것은 아니나, 관능기가 지나치게 많아지면 액정의 배향성에 영향을 미칠 수 있으므로 통상적으로는 10개 이하, 8개 이하 또는 6개 이하의 범위에서 관능기를 가질 수 있다.
반응성 화합물은, 예를 들면, 액정층의 형성 과정에서 중합성 액정 화합물과 반응하여 액정층의 경도를 조절하는 역할을 할 수 있다.
중합성 관능기와 반응할 수 있는 관능기로는, 예를 들면, 자유 라디칼 반응에 의해 액정 화합물과 가교 내지는 중합될 수 있는 것으로서, 에틸렌성 불포화 이중 결합을 포함하는 관능기가 예시될 수 있다. 이러한 관능기의 예에는, 알케닐기, 에폭시기, 시아노기, 카르복실기, 아크릴로일기 또는 메타크릴로일기 등의 일종 또는 이종 이상이 포함될 수 있다. 상기 관능기로는, 비닐기, 알릴기, 아크릴로일기 또는 메타크릴로일기를 사용하거나, 또는 아크릴로일기 또는 메타크릴로일기를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
하나의 예시에서 반응성 화합물은 중합성 액정 화합물과 반응할 수 있는 관능기를 2개 이상, 3개 이상 또는 4개 이상 가지면서, 분자량 또는 중량평균분자량이 200 내지 5,000 또는 200 내지 1,000인 화합물일 수 있다. 이러한 관능기의 수와 분자량 또는 중량평균분자량의 범위에서 상기 화합물은 액정층의 위상차 특성 등을 저해하지 않으면서 적절한 표면 경도가 확보되도록 할 수 있다. 상기 화합물의 관능기는 통상적으로는 10개 이하, 8개 이하 또는 6개 이하의 범위 내에 있을 수 있다.
반응성 화합물로는, 트리메틸롤프로판 트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리쓰리톨(pentaerythritol) 트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리쓰리톨 테트라(메타)아크릴레이트, 디펜타에리쓰리톨 펜타(메타)아크릴레이트, 디펜타에리쓰리톨 헥사(메타)아크릴레이트, 트리글리세롤 디(메타)아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜 디(메타)아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜 디(메타)아크릴레이트, 펜타에리쓰리톨 디(메타)아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디(메타)아크릴레이트, 글리세롤 디(메타)아크릴레이트, 트리스[2-(아크릴로일옥시)에틸] 이소시아누레이트, 우레탄 아크릴레이트, 글리세롤 1,3-디글리세롤레이트 디(메타)아크릴레이트 또는 트리(프로필렌글리콜) 글리세롤레이트 디아크릴레이트 등과 같은 다관능성 아크릴레이트; 비닐 (메타)아크릴레이트 또는 알릴 (메타)아크릴레이트 등과 같은 알케닐 (메타)아크릴레이트; 부톡시 트리에틸렌글리콜 (메타)아크릴레이트 등과 같은 알콕시 폴리알킬렌글리콜 (메타)아크릴레이트; 모노-2-(아크릴로일옥시)에틸 숙시네이트 등과 같은 숙신산 아크릴로일옥시알킬 에스테르; 3-(아크릴로일옥시)-2-히드록시프로필 (메타)아크릴레이트 등과 같은 (메타)아크릴로일옥시알킬 (메타)아크릴레이트; (메타)아크릴아미드, 디아세톤 (메타)아크릴아미드, N-[트리스(히드록시메틸)메틸]아크릴아미드, N,N-(1,2-디히드록시에틸렌)비스아크릴아미드, N,N-(1,2-디히드록시에틸렌)비스아크릴아미드 또는 N,N-메틸렌비스(아크릴아미드) 등과 같은 (메타)아크릴아미드 또는 그 유도체; 메틸 2-아세트아미도아크릴레이트 등과 같은 아세트아미도아크릴산 알킬 에스테르; 1,3,5-트리아크릴로일헥사히드로-1,3,5-트리아진 또는 2,4,6-트리알릴옥시-1,3,5-트리아진 등과 같은 (메타)아크릴로일기 또는 알케닐기로 치환된 트리아진; 트리스(2,3-에폭시프로필) 이소시아누레이트 등과 같은 에폭시기로 치환된 이소시아누레이트; 테트라시아노에틸렌 옥사이드 등과 같은 테트라시아노알킬렌 옥사이드, 트리알릴 벤젠트리카복실레이트 등과 같은 알케닐기로 치환된 카복실레이트; 카프로락톤 2-((메타)아크릴로일옥시)에틸 에스테르 등과 같은 카프로락톤 (메타)아크릴로일옥시알킬 에스테르, 모노-2-((메타)아크릴로일옥시)에틸 말레이트 등과 같은 말레산 (메타)아크릴로일옥시알킬 에스테르, 1,2,3-트리아졸-4,5-디카르복실산 등과 같은 다가카르복실산, 3-알릴옥시-1,2-프로판디올 등과 같은 알케닐기로 치환된 알칸디올, 비스[4-(글리시딜옥시)페닐]메탄 등과 같은 글리시딜옥시페닐기로 치환된 알칸, 2-비닐-1,3-디옥살렌(2-vinyl-1,3-dioxalane) 등과 같은 알케닐기로 치환된 디옥살렌 화합물 또는 폴리(멜라민-co-포름알데히드) 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 명세서에서 용어 「(메타)아크릴」은 「아크릴」 또는 「메타크릴」를 의미한다.
상기 예시된 반응성 화합물은 임의로 하나 이상의 치환기로 치환되어 있을 수 있다.
하나의 예시에서 반응성 화합물로는 다관능성 아크릴레이트를 사용할 수 있다. 다관능성 아크릴레이트로는, 펜타에리쓰리톨 트리아크릴레이트, 디펜타에리쓰리톨 헥사아크릴레이트, 트리스[2-(아크릴로일옥시)에틸] 이소사이아누레이트 또는 우레탄 아크릴레이트 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기에서 우레탄 아크릴레이트의 예로는, Cytec사에서, EB1290, UP135, UP111 또는 UP128 등의 상품명으로 유통되고 있는 화합물이 예시될 수 있다.
예를 들면, 반응성 화합물로는 하기 화학식 3 또는 4로 표시되는 화합물을 사용할 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112013109698966-pat00003
화학식 3에서 M은, 알킬렌기 또는 알킬리덴기이고, R1은 수소 또는 알킬기이다.
[화학식 4]
Figure 112013109698966-pat00004
화학식 4에서 Z는 산소 원자, 질소 원자, 황 원자, 알킬렌기 또는 알킬리덴기이고, R 및 Q는 각각 독립적으로 알킬렌기 또는 알킬리덴기이며, R1 내지 R6는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 알킬기, 알콕시기, 알콕시카보닐기, 시아노기, 니트로기, (메타)아크릴로일기 또는 (메타)아크릴로일옥시기일 수 있다. 다만, 화학식 4에서 R1 내지 R6 중에서 2개 이상, 3개 이상, 4개 이상, 5개 이상 또는 전부는 (메타)아크릴로일기 또는 (메타)아크릴로일옥시기이다.
화학식 3의 M 또는 화학식 4에서 R, Z 및 O의 알킬렌기 또는 알킬리덴기는 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16 또는 탄소수 3 내지 16의 직쇄형, 분지쇄형 또는 고리형의 알킬렌기 또는 알킬리덴기가 포함되고, 상기는 임의적으로 하나 이상의 치환체에 의해 치환되어 있을 수 있다. 또한, 상기 고리형에는 일반적인 고리형은 물론 스피로(spiro) 구조 또는 2개의 고리 구조가 서로 탄소 원자를 공유하면서 축합되어 있는 구조 등과 같은 복합 고리형도 포함된다.
화학식 3 및 4에서 그 외의 할로겐, 알킬기, 알콕시기 또는 알콕시카보닐기 등에 대한 구체적인 사항은 화학식 1에서 언급한 사항이 동일하게 적용될 수 있다.
반응성 화합물이 포함되는 경우에 액정 물질은 다관능 중합성 액정 화합물을 포함하거나 포함하지 않을 수 있으나, 적절한 표면 경도의 확보를 위하여 다관능 중합성 액정 화합물을 포함할 수 있다. 다관능 중합성 액정 화합물을 포함하는 경우에 액정 물질 내에서의 다관능 중합성 액정 화합물의 비율은 약 45 중량% 이상 포함할 수 있다. 다관능 중합성 액정 화합물의 비율의 상한은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 액정 물질에 포함되는 중합성 액정 화합물은 모두 다관능 중합성 액정 화합물일 수 있다. 단관능 중합성 액정 화합물이 추가되는 경우에 액정 물질 내에서 다관능 중합성 액정 화합물의 비율은, 예를 들면, 45 중량% 내지 90 중량%, 45 중량% 내지 80 중량%, 45 중량% 내지 70 중량% 또는 45 중량% 내지 60 중량% 정도일 수 있다.
반응성 화합물이 포함되는 경우에도 다관능 중합성 액정 화합물로는 이관능 중합성 액정 화합물 또는 이관능 중합성 액정 화합물과 삼관능 이상의 중합성 액정 화합물의 혼합물이 사용될 수 있고, 삼관능 이상의 중합성 액정 화합물이 사용되는 경우에 상기 삼관능 이상의 중합성 액정 화합물의 비율은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 액정 물질 내에서 중량 비율로 8 중량% 이상, 8 중량% 내지 20 중량%, 8 중량% 내지 15 중량% 또는 10 중량% 내지 15 중량%의 비율로 사용될 수 있다.
반응성 화합물은, 액정 조성물 내에서 중합성 액정 물질 100 중량부 대비 5 중량부 이하, 5 중량부 미만, 4 중량부 이하 또는 3.5 중량부 이하의 비율로 포함될 수 있다. 반응성 비액정성 화합물의 비율이 지나치게 높으면, 액정의 배향성이 떨어질 수 있다. 반응성 비액정 화합물의 비율의 하한은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 0.5 중량부 이상 또는 1 중량부 이상으로 포함될 수 있다.
상기와 같이 반응성 비액정성 화합물을 포함하거나, 상기 비액정성 화합물과 함께 다관능 중합성 액정 화합물을 포함하는 액정 조성물은 경화된 후에 표면 경도가 2H 또는 3H 이상인 층의 형성에 적합할 수 있고, 특히 상기 비액정성 화합물과 삼관능 이상의 중합성 액정 화합물을 포함하는 액정 조성물은 표면 경도가 3H 이상인 층의 형성에 적합할 수 있다.
액정 조성물은 전술한 성분 외에도 중합성 액정 조성물에 요구될 수 있는 임의의 첨가제, 예를 들면, 계면활성제, 레벨링제, 비중합성 액정 화합물 또는 중합 개시제 등이나 후술하는 대전 방지제 등을 적정 비율로 추가로 포함할 수 있다
상기와 같은 액정 조성물을 배향시킨 상태에서 경화시켜 액정층을 형성할 수 있다. 이에 따라 예를 들면, 중합성 액정 화합물은 수평 배향된 상태로 액정층에 포함될 수 있다. 하나의 예시에서 상기 화합물은, 수평 배향 상태로 중합되어 액정층에 포함되어 있을 수 있다. 본 명세서에서 용어 「수평 배향」은, 액정 화합물을 포함하는 액정층의 광축이 액정층의 평면에 대하여 약 0도 내지 약 25도, 약 0도 내지 약 15도, 약 0도 내지 약 10도, 약 0도 내지 약 5도 또는 약 0도의 경사각을 가지는 경우를 의미할 수 있다.
하나의 예시에서 액정층은, 면내 지상축 방향의 굴절률과 면내 진상축 방향의 굴절률의 차이가 0.05 내지 0.2, 0.07 내지 0.2, 0.09 내지 0.2 또는 0.1 내지 0.2의 범위일 수 있다. 면내 지상축 방향의 굴절률은, 액정층의 평면에서 가장 높은 굴절률을 나타내는 방향의 굴절률을 의미하고, 진상축 방향의 굴절률은, 액정층의 평면상에서 가장 낮은 굴절률을 나타내는 방향의 굴절률을 의미할 수 있다. 통상적으로 광학 이방성의 액정층에서 진상축과 지상축은 서로 수직한 방향으로 형성되어 있다. 상기 각각의 굴절률은, 550 nm 또는 589 nm의 파장의 광에 대하여 측정한 굴절률일 수 있다. 상기 굴절률의 차이는, 예를 들면, Axomatrix사의 Axoscan을 이용하여 제조사의 매뉴얼에 따라 측정할 수 있다. 액정층은 또한, 두께가 약 0.5㎛ 내지 2.0㎛ 또는 약 0.5㎛ 내지 1.5㎛일 수 있다. 상기 굴절률의 관계와 두께를 가지는 액정층은, 적용되는 용도, 예를 들면 디스플레이 장치의 최외곽 등으로의 적용에 적합한 위상 지연 특성을 구현할 수 있다.
액정층은 필요한 경우에 후술하는 바와 같은 면 저항 범위로의 조절을 위하여 대전방지제를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 대전 방지제는, 예를 들면, 상기 액정 조성물에 도입되어 액정층에 포함될 수 있다. 대전방지제로는, 액정층을 구성하는 다른 성분과 적절한 상용성을 나타내는 한 특별한 제한 없이 다양한 종류가 사용될 수 있다.
예를 들면, 대전방지제로는, 적절한 무기염 또는 유기염 등이 사용될 수 있다.
무기염에 포함되는 양이온은 알칼리 금속 양이온 또는 알칼리 토금속 양이온일 수 있다. 이 경우, 상기 양이온의 구체적인 예로는, 리튬 이온(Li+), 나트륨 이온(Na+), 칼륨 이온(K+), 루비듐 이온(Rb+), 세슘 이온(Cs+), 베릴륨 이온(Be2 +), 마그네슘 이온(Mg2 +), 칼슘 이온(Ca2 +), 스트론튬 이온(Sr2 +) 및 바륨 이온(Ba2 +) 등의 일종 또는 이종 이상을 들 수 있으며, 바람직하게는 리튬 이온(Li+), 나트륨 이온(Na+), 칼륨 이온(K+), 세슘 이온(Cs+), 베릴륨 이온(Be2 +), 마그네슘 이온(Mg2 +), 칼슘 이온(Ca2 +) 및 바륨 이온(Ba2 +)의 일종 또는 이종 이상을 사용할 수 있고, 이온안정성 이동성의 측면에서 리튬 이온(Li+)을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
유기염은 오늄(onium) 양이온을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용하는 용어 「오늄 양이온」은 적어도 일부의 전하가 질소(N), 인(P) 및 황(S)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 원자에 편재되어 있는 양(+)으로 하전된 이온을 의미할 수 있다. 본 출원에서 상기 오늄 양이온은 고리형 또는 비고리형 화합물일 수 있으며, 고리형 화합물의 경우 방향족의 포화 또는 불포화 화합물일 수 있다. 또한, 상기에서 고리형 화합물의 경우, 질소, 인 또는 황 원자 이외의 헤테로 원자(ex. 산소)를 하나 이상 함유할 수 있다. 또한, 상기 고리형 또는 비고리형 화합물은 임의로 수소, 할로겐, 알킬 또는 아릴 등의 치환체에 의하여 치환되어 있을 수 있다. 또한, 상기 비고리형 화합물의 경우, 하나 이상, 바람직하게는 네 개 이상의 치환체를 포함할 수 있으며, 이 때 상기 치환체는 고리형 또는 비고리형 치환체, 방향족 또는 비방향족 치환체일 수 있다.
일 태양에서, 상기 오늄 양이온은 질소 원자를 함유할 수 있으며, 예를 들면, 암모늄 이온일 수 있다. 이 때, 상기 암모늄 이온은 4급 암모늄 이온 또는 방향족 암모늄 이온일 수 있다. 암모늄 이온의 예로는, N-에틸-N,N-디메틸-N-(2-메톡시에틸)암모늄 이온, N,N-디에틸-N-메틸-N-(2-메톡시에틸)암모늄 이온, N-에틸-N,N-디메틸-N-프로필암모늄 이온, N-메틸-N,N,N-트리옥틸암모늄 이온, N,N,N-트리메틸-N-프로필암모늄 이온, 테트라부틸암모늄 이온, 테트라메틸암모늄 이온, 테트라헥실암모늄 이온, N-메틸-N,N,N-트리부틸암모늄 이온 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
방향족 암모늄 이온의 예로는 피리디늄, 피리다지늄, 피리미디늄, 피라지늄, 이미다졸륨, 피라졸륨, 티아졸륨, 옥사졸륨 및 트리아졸륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 들 수 있고, 예를 들면 탄소수 4 내지 16의 알킬기로 치환된 N-알킬 피리디늄; 탄소수 2 내지 10의 알킬기로 치환된 1,3-알킬메틸 이미다졸륨; 및 탄소수 2 내지 10의 알킬기로 치환된 1,2-디메틸-3-알킬이미다졸륨 등의 일종 또는 이종 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
대전방지제에서 상기와 같은 양이온을 포함하는 무기염 또는 유기염에 포함되는 음이온의 예로는, 플루오라이드(F-), 클로라이드(Cl-), 브로마이드(Br-), 요오다이드(I-), 퍼클로레이트(ClO4 -), 히드록시드(OH-), 카보네이트(CO3 2 -), 니트레이트(NO3 -), 설포네이트(SO4 -), 메틸벤젠설포네이트(CH3(C6H4)SO3 -), p-톨루엔설포네이트(CH3C6H4SO3 -), 카복시벤젠설포네이트(COOH(C6H4)SO3 -), 트리플로로메탄설포네이트(CF3SO2 -), 벤조네이트(C6H5COO-), 아세테이트(CH3COO-), 트리플로로아세테이트(CF3COO-), 테트라플루오로보레이트(BF4 -), 테트라벤질보레이트(B(C6H5)4 -), 헥사플루오로포스페이트(PF6 -), 트리스펜타플루오로에틸 트리플루오로포스페이트(P(C2F5)3F3 -)-), 비스트리플루오로메탄설폰이미드(N(SO2CF3)2 -), 비스펜타플루오로에탄설폰이미드(N(SOC2F5)2 -), 비스펜타플루오로에탄카보닐이미드(N(COC2F5)2 -), 비스퍼플루오로부탄설폰이미드(N(SO2C4F9)2 -), 비스퍼플루오로부탄카보닐이미드(N(COC4F9)2 -), 트리스트리플루오로메탄설포닐메티드(C(SO2CF3)3 -), 및 트리스트리플루오로메탄카보닐메티드(C(SO2CF3)3 -)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상이 있으나, 이에 제한되지 않는다. 이중 전자 받게(electron withdrawing) 역할을 잘하고 소수성이 좋은 불소가 치환되어있는 것이 이온안정성을 높여주므로 이미드계 음이온을 사용할 수 있다.
대전방지제의 액정층 내에서의 비율은 특별히 제한되지 않으며, 액정층의 광학 특성과 후술하는 면 저항의 범위를 고려하여 적절하게 선택될 수 있다.
광학 필름은, 기재층을 추가로 포함할 수 있다. 광학 필름은 또한 기재층과 상기 기재층상의 배향층을 추가로 포함할 수 있고, 액정층은 상기 배향층상에 존재할 수 있다. 기재층은, 단층 또는 다층 구조일 수 있다. 도 1는, 기재층(10), 배향층(20) 및 상기 액정층(30)을 포함하는 광학 필름을 예시적으로 나타낸 도면이다.
기재층으로는, 예를 들면, 글래스 기재층 또는 플라스틱 기재층을 사용할 수 있다. 플라스틱 기재층으로는, TAC(triacetyl cellulose) 또는 DAC(diacetyl cellulose) 등과 같은 셀룰로오스 수지; 노르보르넨 유도체 등의 COP(cyclo olefin polymer); PMMA(poly(methyl methacrylate) 등의 아크릴 수지; PC(polycarbonate); PE(polyethylene) 또는 PP(polypropylene) 등의 폴리올레핀; PVA(polyvinyl alcohol); PES(poly ether sulfone); PEEK(polyetheretherketon); PEI(polyetherimide); PEN(polyethylenemaphthatlate); PET(polyethyleneterephtalate) 등의 폴리에스테르; PI(polyimide); PSF(polysulfone); 또는 불소 수지 등을 포함하는 시트 또는 필름이 예시될 수 있다.
기재층, 예를 들면, 플라스틱 기재층은, 상기 액정층에 비하여 낮은 굴절률을 가질 수 있다. 예시적인 기재층의 굴절률은, 약 1.33 내지 약 1.53의 범위이다. 기재층이 액정층에 비하여 낮은 굴절률을 가지면, 예를 들면, 휘도 향상, 반사 방지 및 콘트라스트 특성 향상 등에 유리하다.
기재층의 두께는 특별히 제한되지 않으며, 목적하는 용도에 따라서 적절하게 조절될 수 있다.
광학 필름은 기재층과 액정층의 사이에 배향층을 추가로 포함할 수 있다. 배향층은, 광학 필름의 형성 과정에서 액정 화합물을 배향시키는 역할을 하는 층일 수 있다. 배향층으로는, 이 분야에서 공지되어 있는 통상의 배향층, 예를 들면, 임프린팅(imprinting) 방식으로 형성된 배향층, 광배향층 또는 러빙 배향층 등이 사용될 수 있다. 상기 배향층은 임의적인 구성이며, 경우에 따라서는, 기재층을 직접 러빙하거나 연신하는 방식으로 배향층 없이 배향성을 부여할 수도 있다.
필요한 경우에 후술하는 면 저항의 조절을 고려하여 상기 배향층에 대전방지제가 포함되어 있을 수 있다. 이러한 경우 포함되는 대전방지제의 종류는 특별히 제한되지 않고, 예를 들면 전술한 액정층에 포함되는 종류가 적용될 수 있으며, 그 비율도 배향층의 배향성을 방해하지 않는 범위 내에서 적절하게 선택될 수 있다.
광학 필름은 필요한 경우에 면 저항의 조절을 위한 대전방지층을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 대전방지층은 예를 들면 액정층의 상부 또는 상기 기재층의 상부 또는 하부에 존재할 수 있다. 예를 들어, 도 1을 참조하면, 상기 대전방지층은 기재층(10)과 배향층(20)의 사이, 또는 배향층(20)이 형성되어 있지 않은 기재층(10)의 일면 또는 액정층(30)의 상부 등에 존재할 수 있다. 대전방지층을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 경화성 수지와 대전방지제를 포함하는 조성물을 코팅하고 경화시키거나, 혹은 대전방지제를 원하는 장소에 증착시켜서 형성할 수 있다.
상기에서 경화성 수지로는, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 페놀 수지 또는 폴리에스테르 수지 등의 통상의 수지를 사용할 수 있고, 공정 편의성 등을 고려하여서는 자외선 경화성 아크릴 바인더 수지 등을 사용할 수 있다.
또한, 대전방지층의 형성 시에 사용되는 대전방지제의 종류도 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 전술한 무기염 또는 유기염을 사용하거나, 혹은 다른 전도성 물질도 사용할 수 있다.
상기 다른 전도성 물질로는, ITO(tin-doped indium oxide), AZO(antimony-doped zinc oxide), ATO(antimony-doped tin oxide), SnO, RuO2, IrO2, 금, 은, 니켈, 구리 및 팔라듐 등의 금속, 금속 산화물 또는 합금 물질; 또는 폴리아닐린, 폴리아세틸렌, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리파라페닐렌(polyparaphenylene), 폴리디에닐렌(polydienylene), 폴리페닐렌비닐렌(polyphenylene vinylene), 폴리페닐렌 술피드(polyphenylene sulfide) 또는 폴리설퍼니트라이드(polysulfurnitride) 등의 전도성 고분자 등이 예시될 수 있다. 전도성 물질로서 고분자 등으로 구성되는 코어(core)의 표면에 전술한 금속, 금속 산화물 또는 합금 물질 등의 증착되어 셀(shell)을 형성하고 있는 전도성 물질을 사용할 수도 있다.
대전방지층의 형성 시에 상기 수지와 대전방지제의 배합 비율이나 두께 등은 특벽히 제한되지 않고, 목적하는 면 저항 등을 고려하여 공지의 방식이 적용될 수 있다.
광학 필름은 편광층을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 편광층은, 예를 들면 상기 시인측에 편광층이 필요한 디스플레이 장치에 상기 광학 필름이 적용되었을 경우에 상기 시인측 편광층의 역할을 할 수 있다.
편광층은 액정층의 상부 또는 하부에 배치될 수 있으며, 도 2는 예시적인 광학 필름의 구조로서 편광층(40)이 액정층(30)의 상부에 배치된 경우를 나타낸다.
편광층은 여러 방향으로 진동하는 입사광으로부터 한쪽 방향으로 진동하는 광을 추출할 수 있는 기능성층이고, 그 종류는 상기와 같은 기능을 수행하는 한 특별히 제한되지 않는다. 편광층으로는, 예를 들면, PVA(poly(vinyl alcohol)) 편광자와 같은 통상의 편광자를 사용할 수 있다. 혹은 다른 예시에서 편광층으로는 유방성 액정(LLC; Lyotropic Liquid Crystal)의 배향된 층이거나, 중합성 액정 화합물과 이색성 염료를 포함하는 액정 조성물의 배향된 코팅층일 수도 있다. 필요한 경우에 이러한 편광층은 적절한 점착제 또는 접착제 등에 의해 상기 액정층 또는 기재층에 부착되어 있을 수 있다.
편광층이 포함되는 경우에 상기 편광층의 흡수축과 상기 액정층의 광축이 이루는 각도는 약 40도 내지 50도, 약 42도 내지 약 48도 또는 약 45도가 되도록 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 범위에서 광학 필름이 목적하는 특성을 적절하게 나타낼 수 있다.
광학 필름은 면 저항이 예를 들면, 면 저항이 1012Ω 이하, 1011Ω이하, 1010Ω이하 또는 109Ω이하 정도일 수 있다. 통상적으로 액정층을 포함하는 광학 필름은 면 저항이 1013Ω정도로 높게 형성되는데, 이러한 범위의 표면 저항을 가지는 필름이 최외곽 등에 배치될 경우에 정전기에 취약한 특성으로 인하여 제품에 손상을 줄 우려가 있다. 이에 따라 상기 광학 필름에서는 전술한 범위의 면 저항을 가지도록 조절될 수 있으며, 이를 위해서 전술한 대전방지제 또는 대전방지층이 사용될 수 있다.
전술한 범위의 면 저항의 확보를 위하여 광학 필름은 다양한 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 도 1을 참조하면 광학 필름은, 도 1에서 액정층(30) 및/또는 배향막(20)에 대전방지제가 첨가된 구조, 배향막(20)과 기재층(10)의 사이에 대전방지층이 형성된 구조, 배향막(20)과 기재층(10)의 사이에 대전방지층이 형성된 것과 동시에 액정층(30) 및/또는 배향막(20)에 대전방지제가 첨가된 구조를 가질 수 있다.
상기에서 광학 필름의 면 저항의 하한은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 107Ω이상 또는 108Ω이상의 범위에서 면 저항이 결정될 수 있다.
이러한 광학 필름은 특별한 제한 없이 공지의 방식으로 제조할 수 있다. 예를 들면, 광학 필름의 액정층은, 기재층상에 배향층을 형성하고, 상기 배향층상에 액정층을 형성할 수 있는 액정 코팅액을 도포하고, 액정 코팅액을 배향시킨 상태에서 상기 코팅액을 중합시켜서 형성할 수 있다. 상기에서 액정 코팅액은 상기 기술한 중합성 액정 화합물, 반응성 화합물 및/또는 대전방지제 등을 상기 언급한 비율 범위에서 배합하고, 필요한 경우에 중합 개시제 등의 기타 첨가제를 배합하여 제조할 수 있으며, 이러한 액정 코팅액의 제조 방법은 업계에 공지되어 있다.
또한, 상기 대전방지층은 상기 기술한 수지와 대전방지제를 포함하는 코팅액을 코팅 및 경화시켜서 형성하거나, 혹은 대전방지제를 목적하는 부위에 증착시켜 형성할 수 있다.
배향층은 예를 들면, 기재층에 폴리이미드 등의 고분자막을 형성하고 러빙 처리하거나, 광배향성 화합물을 코팅하고, 직선 편광의 조사 등을 통하여 배향 처리하는 방식 또는 나노 임프린팅 방식 등과 같은 임프린팅 방식으로 형성할 수 있다. 이 분야에서는, 목적하는 배향 방향을 고려하여, 배향층을 형성하는 다양한 방식이 공지되어 있다. 배향층은, 예를 들면 별도의 층의 형성이 없이 기재층을 단순히 러빙하는 방식으로도 형성할 수 있다.
상기와 같은 방식으로 액정층을 형성한 후에 필요한 경우에 편광층을 공지의 방식으로 추가로 부착 또는 형성할 수도 있다.
본 출원은 또한 상기 광학 필름을 포함하는 디스플레이 장치에 대한 것이다. 상기에서 광학 필름은 예를 들면, 디스플레이 장치의 최외곽에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 디스플레이 장치가 시인측에 배치된 편광층을 포함하는 디스플레이 장치라면, 상기 광학 필름은 상기 편광층의 외측, 즉 관측자측에 배치될 수 있다.
상기 광학 필름이 적용되는 디스플레이 장치를 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, VA, IPS, TN 및 OCB 모드를 포함하는 다양한 LCD나 OLED 등에 적용될 수 있다.
광학 필름이 디스플레이 장치에 적용되는 위치 및/또는 적용 방식은 특별히 제한되지 않고, 공지의 방식이 적용될 수 있다.
예를 들어, LCD는 통상적으로 순차 배치된 백라이트, 내부 편광판, 액정 패널 및 시인측 편광판을 포함하고, 상기 광학 필름은 상기 구조에서 시인측 편광판의 외측에 배치될 수 있다.
또한, OLED는 통상적으로 유기 발광 소자의 외측에 반사 방지 등을 목적으로 QWP(Quarter Wave Plate) 등과 같은 광학 필름과 편광판이 순차 배치되는데, 상기 광학 필름은 상기 편광판의 외측에 배치될 수 있다.
따라서, 예를 들어, 상기 디스플레이 장치는, 액정 패널 또는 유기발광소자를 포함하고, 상기 액정 패널 또는 유기발광소자의 외측에 배치된 편광층을 또한 포함하며, 상기 광학 필름이 상기 편광층의 외측에 배치되어 있을 수 있다.
상기 광학 필름의 용도는 상기에 제한되지 않으며, 예를 들면, 편광판의 보호 필름이나, 다양한 모드의 LCD 또는 OLED 등에서의 위상차 필름, 시야각 보상 필름 또는 휘도 향상 필름 등으로 사용될 수 있다.
본 출원의 광학 필름은, 예를 들면, 액정 디스플레이 또는 유기발광디스플레이 등과 같은 디스플레이 장치의 최외각 또는 편광층을 시인측에 포함하는 디스플레이의 상기 편광층의 외측에 배치될 수 있다. 이와 같이 배치된 상기 필름은, 예를 들면, 관측자가 편광 선글라스 등을 착용하고 화면을 관찰할 경우에 발생할 수 있는 휘도의 저하 등의 문제를 해결할 수 있다. 상기 광학 필름은 상기 용도에 적합한 경도를 나타낼 수 있다.
도 1 및 2는, 예시적인 광학 필름의 모식도이다.
이하 실시예 및 비교예를 통하여 상기 광학 필름을 구체적으로 설명하지만 본 출원의 범위가 하기 실시예에 제한되는 것은 아니다.
이하 실시예 및 비교예를 통하여 상기 광학 필름을 구체적으로 설명하지만 본 출원의 범위가 하기 실시예에 제한되는 것은 아니다.
1. 표면 경도의 측정
실시예 및 비교예에서 형성된 액정층의 표면 경도는, ASTM D3363에 따라서 500 g의 연필 하중과 250 mm/min의 연필 이동 속도로 측정하였다.
2. 위상차의 측정
위상차는 550 nm 또는 589 nm의 파장의 광을 사용하여 측정한다. 16개의 뮬러 매트릭스(Muller Matrix)를 측정할 수 있는 장비인 Axoscan(Axomatrics사제)을 사용하여, 제조사의 매뉴얼에 따라서 위상차 필름의 16개의 뮬러 매트릭스를 측정하고, 이를 통하여 위상차를 추출한다.
3. 면 저항의 측정
면 저항은 면 저항 측정기(HIRESTA-UP(MCP-HT450), Mitsubishi Chemical사(제))를 이용하여 제조사의 매뉴얼에 따라서 측정하였다.
4. 배향성 평가
실시예 및 비교예에서의 액정의 배향성은 액정층을 광 흡수축이 서로 수직하게 배치된 2장의 편광자 사이에 위치시키고, 광을 일측면으로 조사하면서, 액정 필름에 의하여 발현되는 위상차 및 그 균일도를 관찰하여 평가하였다.
본 실시예 및 비교예에서 사용한 중합성 액정 화합물과 반응성 비액정성 화합물의 구조는 하기와 같다.
중합성 액정 화합물
[화학식 B]
Figure 112013109698966-pat00005
[화학식 D]
Figure 112013109698966-pat00006
[화학식 G]
Figure 112013109698966-pat00007

반응성 비액정성 화합물
[화학식 J]
Figure 112013109698966-pat00008
[화학식 K]
Figure 112013109698966-pat00009

실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 4
광반응성 중합체인 5-노르보넨-2-메틸-(4-메톡시 신나메이트) 20 g, 디펜타에리쓰리톨 헥사아크릴레이트 20 g 및 광개시제(Irgacure OXE02, Ciba-Geigy사(스위스)제) 5 g을 시클로펜타논 980 g에 용해시켜 배향막을 형성하기 위한 도공액을 제조하고, 상기 도공액을 TAC(Triacetyl cellulose) 필름 상에 건조 후의 두께가 약 1,000Å이 되도록 도포한 후, 70℃의 건조 오븐에서 2분 동안 열풍 건조시켜 막을 형성하였다. 이이서, 막이 형성된 TAC 필름을 일 방향으로 이동시키면서, 고압 수은 램프(80 w/cm)를 광원으로 사용하여, 와이어 그리드 편광판(Moxtek사제)을 매개로 직선 편광된 자외선을 조사하면서 3 m/분의 속도로 1회 노광시켜 배향성을 부여하였다.
그 후 각각 하기 표 1에 나타난 조성으로 중합성 액정 화합물을 배합하고, 경우에 따라서 반응성 비액정성 화합물을 추가 배합하여 제조한 혼합물 95 중량부에 광개시제(Irgacure 907, Ciba-Geigy(스위사)사제) 5 중량부를 배합한 혼합물을 고형분이 약 25 중량%가 되도록 톨루엔에 용해시켜 액정층 형성을 위한 도공액을 제조하였다. 그 후 도공액을 상기 배향막상에 건조 후의 두께가 약 1 ㎛가 되도록 도포하고, 60℃의 건조 오븐에서 2분 동안 열풍 건조시켰다. 그 후, 고압 수은 램프(80 w/cm)로 자외선 300mJ/cm2을 조사하여 경화시킴으로써 액정층을 형성하여 광학 필름을 제조하였다.
실시예 비교예
1 2 3 4 1 2 3 4
RM
물질		 RM
화합물		 B 50 45 48.5 43.5 100 70 47.5 47.5
D 50 45 48.5 43.5 30 47.5 47.5
G 10 10
반응성
비액정화합물		 J 5
K 3 3 5
함량 단위: g
실시예 및 비교예에 대한 물성 평가 결과는 하기 표 2에 정리하였다.
실시예 비교예
1 2 3 4 1 2 3 4
표면 경도 1H 2H 2H 3H 2B 1B 1H 2H
배향성 O O O O O O X X
면상위상차(nm) 약 120 내지 130 약 120 내지 130 - -
배향성: O: 배향됨, X: 배향되지 않음
실시예 5
중합성 액정 화합물과 반응성 비액정성 화합물의 혼합물에 대전방지제(Methacroylcholine Chloride, TCI사(제))를 3 중량%의 농도가 되도록 첨가하여 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 과정을 거쳐 광학 필름을 형성하였다.
실시예 6.
TAC 필름 대신 일면에 TDA사의 전도성 고분자(Aedotron™)로 코팅층을 형성한 COP(Cycloolefin polymer) 필름을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 과정을 거쳐서 광학 필름을 형성하였다.
실시예 7
TAC 필름 대신 일면에 TDA사의 전도성 고분자(Aedotron™)로 코팅층을 형성한 COP(Cycloolefin polymer) 필름을 사용한 것을 제외하고는 실시예 5과 동일한 과정을 거쳐서 광학 필름을 형성하였다.
실시예 8
배향막용 도공액의 제조 시에 TDA사의 전도성 고분자 (Aedotron™)를 약 10 중량%의 비율로 첨가한 도공액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 5과 동일 과정을 거쳐 광학 필름을 제작하였다.
실시예 5 내지 8에 대한 면 저항 측정 결과를 하기 표 3에 정리하여 기재하였다.
실시예
5 6 7 8
표면 경도 1H 1H 1H 1H
배향성 O O O O
면상위상차(nm) 약 120 내지 130
면 저항(×109Ω) 1000 100 1 1
시험예
실시예 1 내지 8, 비교예 1 및 2에서 제작된 광학 필름을 통상적인 LCD의 시인측 편광판의 상부에 상기 시인측 편광판의 흡수축과 액정층의 광축(지상축)이 약 45도를 이루도록 배치하고, LCD를 구동시키면서, 일반적인 편광 안경의 이면에 휘도계를 위치시키고, 휘도를 측정한 결과 실시예의 광학 필름이 위치한 경우에 편광 안경의 편광축의 변화에 따라서 유의한 휘도의 변화가 관찰되지 않았다. 비교예 1 및 2의 경우에도 초기에는 실시예의 경우와 유사한 결과가 나왔으나, 사용 과정에서 스크래치 등의 손상이 쉽게 유발되어 성능이 경시적으로 크게 떨어지는 것을 확인하였다.
40: 편광층
30: 액정층
20: 배향층
10: 기재층

Claims (20)

  1. 최외곽에 배치된 광학 필름을 포함하는 디스플레이 장치로서,
    시인측에 배치된 편광층을 포함하고, 상기 광학 필름이 상기 시인측에 배치된 편광층의 외곽에 배치되어 있으며,
    상기 광학 필름은, 550 nm 파장의 광에 대한 면상 위상차가 80 nm 내지 200 nm이며, 표면 경도가 2 H 이상인 액정층을 포함하고,
    상기 액정층은, 단관능성 중합성 액정 화합물 및 다관능성 중합성 액정 화합물을 포함하는 중합성 액정 물질을 포함하는 액정 조성물의 경화층으로서, 상기 단관능성 중합성 액정 화합물은 하기 화학식 1로 표시되면서, 하기 화학식 1의 중합성 관능기가 하나인 화합물이고, 상기 다관능성 중합성 액정 화합물은, 하기 화학식 1로 표시되면서, 하기 화학식 1의 중합성 관능기가 2개인 액정 화합물과 하기 화학식 1로 표시되면서, 하기 화학식 1의 중합성 관능기가 3개 내지 6개인 액정 화합물을 포함하며, 상기 액정 물질 내에서 상기 다관능성 중합성 액정 화합물의 비율은 50 내지 70 중량%이고, 상기 중합성 액정 물질은, 상기 중합성 관능기가 3개 내지 6개인 액정 화합물을 8 내지 15 중량%로 포함하는 액정 조성물의 경화층이거나, 또는
    상기 액정층은, 하기 화학식 1로 표시되고, 하기 화학식 1의 중합성 관능기가 2개 내지 10개인 다관능성 중합성 액정 화합물을 45 내지 60 중량% 포함하고, 또한 하기 화학식 1로 표시되면서, 하기 화학식 1의 중합성 관능기가 1개인 단관능성 중합성 액정 화합물을 포함하는 중합성 액정 물질 및 상기 중합성 액정 물질 100 중량부 대비 4 중량부 이하의 비액정성 화합물을 포함하며, 상기 비액정성 화합물은, 상기 중합성 액정 화합물과 반응할 수 있는 관능기를 4개 내지 8개 포함하며, 분자량 또는 중량평균분자량이 200 내지 5,000의 범위 내에 있는 액정 조성물의 경화층인 디스플레이 장치:
    [화학식 1]
    Figure 112017028392994-pat00012

    화학식 1에서 A는 -COO- 또는 -OCO-이고, R1 내지 R10은, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 탄소수 1 내지 4의 알콕시기, 시아노기, -O-Q-P 또는 하기 화학식 2의 치환기이고, 상기 R1 내지 R10 중 적어도 하나는 -O-Q-P 또는 하기 화학식 2의 치환기이며, 상기에서 Q는 탄소수 1 내지 12의 알킬렌기 또는 탄소수 1 내지 12의 알킬리덴기이며, P는, 중합성 관능기로서, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기이다:
    [화학식 2]
    Figure 112017028392994-pat00013

    화학식 2에서 B는 -COO- 또는 -OCO-이고, R11 내지 R15는, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 탄소수 1 내지 4의 알콕시기, 시아노기 또는 -O-Q-P이고, 상기 R11 내지 R15 중 적어도 하나가 -O-Q-P이며, 상기에서 Q는 탄소수 1 내지 12의 알킬렌기 또는 탄소수 1 내지 12의 알킬리덴기이며, P는, 중합성 관능기로서, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기이다.
  2. 제 1 항에 있어서, 액정층의 550 nm 파장의 광에 대한 두께 방향의 위상차가 -20 nm 내지 20 nm인 디스플레이 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 광학 필름은, 면 저항이 1012Ω이하인 디스플레이 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서, 비액정성 화합물은, 분자량 또는 중량평균분자량이 200 내지 1,000인 화합물인 디스플레이 장치.
  12. 삭제
  13. 제 1 항에 있어서, 광학 필름은, 기재층 및 상기 기재층의 표면에 형성되어 있는 배향층을 추가로 포함하고, 상기 액정층이 상기 배향층상에 배치되어 있는 디스플레이 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 배향층 또는 액정층에 대전방지제가 포함되어 있는 디스플레이 장치.
  15. 제 1 항에 있어서, 광학 필름은, 대전방지층을 추가로 포함하는 디스플레이 장치.
  16. 제 13 항에 있어서, 배향층 또는 액정층에 대전방지제가 포함되어 있고, 기재층과 배향층의 사이에는 대전방지층이 추가로 형성되어 있는 디스플레이 장치.
  17. 삭제
  18. 제 1 항에 있어서, 편광층의 흡수축과 액정층의 광축이 이루는 각도가 40도 내지 50도의 범위 내에 있는 디스플레이 장치.
  19. 삭제
  20. 삭제
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