KR102030881B1 - 위상차 필름 및 이의 제조방법 - Google Patents

위상차 필름 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 명세서는 부의 위상차 특성을 가지는 기재 필름; 상기 기재 필름의 적어도 일면에 구비되고, 정의 위상차 특성을 가지는 제1 코팅층; 및 상기 제1 코팅층의 상기 기재 필름에 대향하는 면의 반대면에 구비되고, 정의 위상차 특성을 가지는 제2 코팅층을 포함하는 위상차 필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

위상차 필름 및 이의 제조방법 {RETARDATION FILM AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}
본 명세서는 위상차 필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 IPS 모드 액정표시장치에 위상차 필름으로 적용이 가능한 위상차 필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
액정 디스플레이는 음극선관 디스플레이에 비해 소비 전력이 낮고, 부피가 작고, 가벼워 휴대가 용이하기 때문에 광학 디스플레이 소자로서 보급이 확산되고 있다. 일반적으로 액정 디스플레이는 액정 셀의 양측에 편광판을 설치한 기본 구성을 가지며, 구동회로의 전계 인가 여부에 따라 액정 셀의 배향이 변하게 되고, 그에 따라 편광판을 통해 나온 투과광의 특성이 달라지게 됨으로써 빛의 가시화가 이루어진다. 이 때 입사광의 입사 각도에 따라 빛의 경로와 복굴절성이 변화하게 되는데, 이는 액정이 두 개의 상이한 굴절률을 갖는 이방성 물질이기 때문이다.
이와 같은 특성으로 인해, 액정 디스플레이는 시야각(viewing angle)에 따라 상이 얼마나 뚜렷하게 보이는지를 가늠하는 척도인 콘트라스트 비(contrast ratio)가 달라지고 계조 반전(gray scale inversion) 현상이 발생하여 시인성이 떨어진다는 단점을 지닌다. 상기와 같은 단점을 극복하기 위하여 액정 디스플레이 장치에는 액정 셀에서 발생하는 광학 위상차를 발현시켜 주는 광학 위상차 필름(compensation film)이 사용되고 있다.
한편, 액정 디스플레이에 있어서 선명한 화질 및 넓은 광시야각을 확보하기 위해 다양한 액정모드가 개발되고 있으며, 대표적으로는 Double Domain TN(Twisted Nematic), ASM(axially sy㎜etric aligned microcell), OCB(optically compensated blend), VA(vertical alig㎚ent), MVA(multidomain VA), SE(surrounding electrode), PVA(patterned VA), IPS(in-plane switching), FFS(fringe-field switching) 모드 등을 들 수 있다. 이들 각각의 모드는 고유한 액정 배열을 하고 있으며, 고유한 광학 이방성을 갖고 있다.
따라서, 이들 액정모드의 광학 이방성으로 인한 위상차를 발현하기 위해서는 각각의 모드에 대응하는 광학 이방성의 위상차 필름이 요구된다. 특히 IPS 모드의 경우에는 양의 유전률 이방성을 갖는 액정이 수평 배향되어 있기 때문에 비구동 상태에서 경사각에서의 광학 이방성이 타 모드 대비 크지 않아 등방성 보호필름 사용만으로도 우수한 광시야각을 확보할 수 있다는 장점이 있다. 하지만 이 경우 고경사각에서 편광자의 흡수축에 대한 보상은 전혀 이루어지지 않아 여전히 시야각에 따른 콘트라스트 저하, 색상 변조 등이 일어날 수 있으며, 따라서 완벽한 광시야각 확보를 위해서는 IPS 모드 액정디스플레이 또한 적절한 위상차 필름을 사용해야 한다.
IPS 모드용 위상차 필름은 두 층 이상의 다층 필름으로 구성되는 구조가 현실적으로 제시되고 있으며, 다층 필름을 구현하기 위해서는 각각의 다른 필름을 접착제를 이용하여 적층하는 방법이 제시되고 있다. 또는, 별도의 연신 과정을 통해 연신 필름을 제조한 후에 액정과 위상차를 발현하는 물질을 코팅하는 공정을 별도로 수행하고 있다.
그러나, 상기와 같이 접착제를 이용하여 적층하는 경우 접착제층의 존재로 필름의 박형화가 어려우며, 또한 적층되는 2개의 필름의 광축이 정확하게 배치되지 않으면 원하는 위상차 특성을 나타내지 않는 등 제조가 매우 까다롭다는 문제점이 있으며, 별도의 연신 과정을 통해 연신 필름을 제조한 후에 액정과 위상차를 발현하는 물질을 코팅하는 공정을 별도로 수행하는 경우 여러 단계를 거치기 때문에 제조 공정이 복잡하고, 제조원가를 높이는 단점이 있다.
따라서, IPS 모드 액정표시장치에 적용시 시야각 개선 효과가 매우 우수하며, 박형으로 제조가 가능하고, 간소한 공정으로 제조가 가능한 위상차 필름 및 그 제조방법이 요구되고 있다.
한국 공개 공보 2010-0025170
본 명세서는 위상차 필름 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다. 보다 구체적으로, IPS 모드 액정표시장치에 적용가능한 위상차 필름 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 명세서의 일 실시상태는 부의 위상차 특성을 가지는 기재 필름;
상기 기재 필름의 적어도 일면에 구비되고, 정의 위상차 특성을 가지는 제1 코팅층; 및
상기 제1 코팅층의 상기 기재 필름에 대향하는 면의 반대면에 구비되고, 정의 위상차 특성을 가지는 제2 코팅층을 포함하는 위상차 필름을 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태는 또한, 상기 위상차 필름을 포함하는 액정표시장치를 제공한다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태는
부의 위상차 특성을 갖는 기재 필름을 제공하는 단계;
상기 기재 필름의 적어도 일면에 정의 위상차 특성을 갖는 제1 코팅층을 형성하는 단계; 및
상기 제1 코팅층의 상기 기재 필름에 대향하는 면의 반대면에 정의 위상차 특성을 갖는 제2 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 위상차 필름의 제조 방법을 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 위상차 필름은 IPS 모드용 위상차 필름으로 이용하기에 적합한 위상차 특성을 가지며, 따라서 IPS 모드용 위상차 필름으로 적용시 시야각 개선 효과가 우수하다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 위상차 필름은 별도의 접착제층을 필요로 하지 않기 때문에 박형으로 제조가 가능하다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 위상차 필름은 이축 연신 또는 폭 방향으로 일축 연신 된 부의 위상차 특성을 갖는 기재 필름 상에 정의 위상차 특성을 갖는 고분자 물질을 코팅함으로써 제조하는바 별도의 배향 공정 등이 불필요하며, 따라서 종래의 액정 및 위상차 발현 물질을 코팅하는 방법에 비하여 제조 방법이 매우 간단하다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 위상차 필름은 접착제를 이용하여 적층하는 공정이 요구되지 않기 때문에, 접착제층의 존재에 의한 광학 특성의 저하, 또는 위상차 판 축의 어긋남 등이 발생하지 않는다.
이하, 본 명세서를 더욱 상세히 설명한다.
먼저, 본 명세서에 사용되는 용어를 정의한다.
nx는 면 방향 굴절율이 최대가 되는 방향(즉, 지상축 방향)의 굴절율이며, ny는 면 방향에 있어서 지상축에 수직인 방향인 방향(즉, 진상축 방향)의 굴절율이며, nz는 두께 방향의 굴절율을 의미한다. 상기 nx, ny, nz는 일반적으로 가시광 파장대역, 보다 구체적으로 400nm 내지 780nm의 파장의 광에서 측정한다. 예를 들면, 450nm, 550nm 또는 650nm의 광에서 측정할 수 있다.
한편, nx,total는 위상차 필름 전체의 면 방향 굴절율이 최대가 되는 방향(즉, 지상축 방향)의 굴절율이고, ny,total는 위상차 필름 전체의 상기 지상축에 수직인 방향인 방향(즉, 진상축 방향)의 굴절율이며, nz,total는 위상차 필름 전체의 두께 방향의 굴절율이다.
한편, 상기 nx , ny, nz은 당해 기술분야에 있어서 잘 알려진 공지의 방법으로 측정이 가능하며, 예를 들면, Axomatrics社의 Axoscan 장비를 이용하여 측정할 수 있다.
Rin은 가시광 파장대역, 보다 구체적으로 400nm 내지 780nm의 파장의 광에서의 면 방향 위상차값을 의미하는 것으로, 면 방향 위상차값 Rin=(nx-ny) × d에 의해 구해진다. 이때, nx는 상기 파장에 있어서, 면 방향 굴절율이 최대가 되는 방향의 굴절율이며, ny는 상기 x축에 수직이 되는 되는 방향의 굴절율이고, d는 위상차값을 측정하고자 하는 대상, 즉 기재 필름, 위상차 필름, 제1 코팅층, 제2 코팅층 또는 제1 및 제2 코팅층의 두께를 나타낸다. 예를 들어, Rin은 파장 450nm, 550nm 또는 650nm의 광에서의 면 방향 위상차값일 수 있다.
Rin,total는 가시광 파장대역, 보다 구체적으로 400nm 내지 780nm의 파장의 광에서의 기재필름과 코팅층을 포함하는 위상차 필름 전체의 면 방향 위상차값을 나타낸다.
한편, 상기 Rin은 당해 기술분야에 있어서 잘 알려진 공지의 방법으로 측정이 가능하며, 예를 들면, Axomatrics社의 Axoscan 장비를 이용하여 측정할 수 있다.
Rth은 가시광 파장대역, 보다 구체적으로 400nm 내지 780nm의 파장의 광에서의 두께 방향 위상차값을 의미하는 것으로, 두께 방향 위상차값 Rth=(nz-ny)×d에 의해 구해진다. 이때, nx는 상기 파장에 있어서, 면 방향 굴절율이 최대가 되는 방향의 굴절율이며, ny는 상기 x축에 수직이 되는 되는 방향의 굴절율이고, nz는 두께 방향의 굴절율이고, d는 위상차값을 측정하고자 하는 대상 즉, 기재 필름, 위상차 필름, 제1 코팅층, 제2 코팅층 또는 제1 및 제2 코팅층을 포함하는 전체 코팅층의 두께를 나타낸다. 예를 들어, Rth은 파장 450nm, 550nm 또는 650nm의 광에서의 두께 방향 위상차값일 수 있다.
Rth,total는 가시광 파장대역, 보다 구체적으로 400nm 내지 780nm의 파장의 광에서의 기재필름과 코팅층을 포함하는 위상차 필름 전체의 두께 방향 위상차값을 나타낸다.
한편, 상기 Rth은 당해 기술분야에 있어서 잘 알려진 공지의 방법으로 측정이 가능하며, 예를 들면, Axomatrics社의 Axoscan 장비를 이용하여 측정할 수 있다.
Nz는 가시광 파장대역, 보다 구체적으로 400nm 내지 780nm의 파장의 광에서의 면 방향 위상차값에 대한 두께 방향 위상차 값의 비를 의미하는 것으로, Nz = Rth,total/Rin,total에 의해 구해진다. 예를 들어, Nz는 파장 450nm, 550nm 또는 650nm의 광에서의 면 방향 위상차값에 대한 두께 방향 위상차 값의 비일 수 있다.
본 명세서에서 상기 부의 위상차 특성은 연신 후(배향 후), 연신 방향에 수직한 방향으로 광축(면 방향 굴절율이 최대가 되는 방향의 굴절율: nx)을 발현하는 특성을 의미하며, 코팅만 할 경우(연신 전), nz > nx = ny의 굴절률 분포를 발현하는 물질을 의미한다. 정의 위상차 특성은 연신 후(배향 후), 연신 방향과 평행한 방향으로 광축을 발현하는 물질을 의미하며, 코팅만 할 경우(연신 전), nx = ny > nz의 굴절률 분포를 발현하는 특성을 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태는 부의 위상차 특성을 가지며 이축 연신 또는 폭 방향(TD)으로 일축 연신된 기재 필름; 상기 기재 필름의 적어도 일면에 구비되고, 정의 위상차 특성을 가지는 제1 코팅층; 및 상기 제1 코팅층의 상기 기재 필름에 대향하는 면의 반대면에 구비되고, 정의 위상차 특성을 가지는 제2 코팅층을 포함하는 위상차 필름을 제공한다.
이하, 각 구성요소에 대해 설명한다.
<기재 필름>
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 기재 필름은 부의 위상차 특성을 가지는 +B plate이다. 상기 기재 필름은 Rin 값이 50 nm 내지 150 nm이며, Rth 값이 100 nm 내지 200 nm인 것이 바람직하다. 상기 기재 필름은 Rin<Rth를 만족하는 것이 바람직하다. 상기 기재 필름의두께는 20㎛ 내지 100㎛ 정도일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면 상기 기재 필름은 이축 연신 또는 폭 방향(TD)으로 일축 연신된 기재 필름이다.
상기 기재 필름의 원료 물질은 부의 위상차 특성을 갖는 고분자 물질이면 되고, 그 종류가 특별히 한정되지 않는다. 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 기재 필름은 스티렌계 수지를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 기재 필름은 스티렌계 수지와 (메트)아크릴계 수지의 블렌딩 수지를 포함하거나 스티렌계 단량체와 (메트)아크릴계 단량체의 공중합체를 포함할 수 있다. 또한, 상기 블렌딩 수지 또는 공중합체에 락톤계 단량체 또는 수지가 추가로 포함될 수 있다.
이때, 상기 스티렌계 수지는 스티렌계 단량체를 주 성분으로 포함하는 것이면 특별한 제한 없이 사용이 가능하다. 이때 상기 스티렌계 단량체의 예로는, 이에 한정되는 것은 아니나, 스티렌, α-메틸스티렌, 3-메틸스티렌, 4-메틸스티렌, 2,4-디메틸스티렌, 2,5-디메틸스티렌, 2-메틸-4-클로로스티렌, 2,4,6-트리메틸스티렌, cis-β-메틸스티렌, trans-β-메틸스티렌, 4-메틸-α-메틸스티렌, 4-플루오르-α-메틸스티렌, 4-클로로-α-메틸스티렌, 4-브로모-α-메틸스티렌, 4-t-부틸스티렌, 2-플루오르스티렌, 3-플루오르스티렌, 4-플루오로스티렌, 2,4-디플루오로스티렌, 2,3,4,5,6-펜타플루오로스티렌, 2-클로로스티렌, 3-틀로로스티렌, 4-틀로로스티렌, 2,4-디클로로스티렌, 2,6-디클로로스티렌, 옥타클로로스티렌, 2-브로모스티렌, 3-브로모스티렌, 4-브로모스티렌, 2,4-디브로모스티렌, α-브로모스티렌, β-브로모스티렌, 2-하이드록시스티렌, 4-하이드록시스티렌 등을 들 수 있으며, 그 중에서도 스티렌 및 α-메틸스티렌인 것이 보다 바람직하다. 이들은 단독으로 또는 혼합하여 사용될 수 있다.
또한, 상기 스티렌계 수지에는 상기한 스티렌계 단량체 외에 말레산 무수물계 단량체, 말레이미드계 단량체, 아크릴로니트릴계 단량체 등이 2종 이상 혼합되어 스티렌계 단량체와 함께 사용될 수도 있다. 예컨대, 상기 스티렌계 수지에는 스티렌계 단량체; 및 말레산 무수물계 단량체, 말레이미드계 단량체 및 아크릴로니트릴계 단량체로 이루어진 군으로부터 선택된 1 이상의 단량체가 포함될 수 있다.
이때, 상기 말레산 무수물계 단량체로는 말레산 무수물, 메틸 말레산 무수물, 에틸 말레산 무수물, 프로필 말레산 무수물, 이소프로필 말레산 무수물, 시클로헥실 말레산 무수물, 페닐 말레산 무수물 등을 그 예로 들 수 있고; 상기 말레이미드계 단량체로는 말레이미드, N-메틸 말레이미드, N-에틸 말레이미드, N-프로필 말레이미드, N-이소프로필 말레이미드, N-시클로헥실 말레이미드, N-페닐 말레이미드 등을 그 예로 들 수 있으며; 상기 아크릴로니트릴계 단량체로는 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, 에타크릴로니트릴, 페닐아크릴로니트릴 등을 그 예로 들 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
보다 구체적으로, 상기 스티렌계 수지는, 이에 한정되는 것은 아니나, 스티렌-말레산 무수물 공중합체, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, α-메틸스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, N-페닐 말레이미드-α-메틸스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, N-페닐 말레이미드-스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, N-페닐 말레이미드-α메틸스티렌-스티렌-아크릴로니트릴 등일 수 있다.
상기 공중합체에 포함되는 스티렌계 단량체는 상기 스티렌계 수지에 포함되는 스티렌계 단량체에 관한 설명이 적용될 수 있다.
또한, 상기 (메트)아크릴계 수지는 아크릴레이트계 단량체 및/또는 메타크릴레이트계 단량체를 주성분으로 포함하는 것으로, 아크릴레이트계 단량체 또는 메타크릴레이트계 단량체로 이루어진 호모폴리머 수지뿐 아니라 아크릴레이트계 단량체 및/또는 메타크릴레이트계 단량체 이외에 다른 단량체가 공중합된 공중합체 수지를 포함하는 개념이다.
이때, 상기 메타크릴레이트계 단량체는 메타크릴레이트 뿐만 아니라 메타크릴레이트 유도체를 포함하는 개념으로, 예컨대 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 프로필 메타크릴레이트, n-부틸 메타크릴레이트, t-부틸 메타크릴레이트, 시클로헥실 메타크릴레이트, 페닐 메타크릴레이트, 벤질 메타크릴레이트, 메톡시에틸 메타크릴레이트, 에톡시에틸 메타크릴레이트, 부톡시메틸 메타크릴레이트 또는 이들의 올리고머 등일 수 있으며, 그 중에서도 메틸 메타크릴레이트인 것이 보다 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 이들은 단독으로 또는 혼합하여 사용될 수 있다.
또한, 상기 아크릴레이트계 단량체는 아크릴레이트 뿐만 아니라 아크릴레이트 유도체를 포함하는 개념으로, 예컨대 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 프로필 아크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트, t-부틸 아크릴레이트, 시클로헥실 아크릴레이트, 페닐 아크릴레이트, 벤질 아크릴레이트, 메톡시에틸 아크릴레이트, 에톡시에틸 아크릴레이트, 부톡시 메틸 아크릴레이트 또는 이들의 올리고머 등 일 수도 있으며, 그 중에서도 메틸 아크릴레이트인 것이 보다 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 이들은 단독으로 또는 혼합하여 사용될 수 있다.
한편, 내열성을 향상시키기 위하여, 상기 (메트)아크릴계 수지는 상기 메타크릴레이트계 단량체 및/또는 아크릴레이트계 단량체 이외의 다른 단량체로 말레산 무수물계 단량체, 말레이미드계 단량체 등을 포함할 수 있다. 그 중에서도 말레산 무수물계 단량체 또는 말레이미드계 단량체를 포함하는 것이 보다 바람직하다. 이때, 상기 말레산 무수물계 단량체로는 말레산 무수물, 메틸 말레산 무수물, 에틸 말레산 무수물, 프로필 말레산 무수물, 이소프로필 말레산 무수물, 시클로헥실 말레산 무수물, 페닐 말레산 무수물 등을 그 예로 들 수 있으며; 상기 말레이미드계 단량체로는 말레이미드, N-메틸 말레이미드, N-에틸 말레이미드, N-프로필 말레이미드, N-이소프로필 말레이미드, N-시클로헥실 말레이미드, N-페닐 말레이미드 등을 그 예로 들 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 이들은 단독으로 또는 혼합하여 사용될 수 있다.
한편, 부의 위상차 특성을 보다 향상시키기 위하여, 상기 (메트)아크릴계 수지는 상기 메타크릴레이트계 단량체 및/또는 아크릴레이트계 단량체 이외의 단량체로 스티렌계 단량체를 포함할 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니나, 스티렌계 단량체 중에서도 스티렌 또는 α-메틸스티렌이 포함되는 것이 더욱 바람직하다. 이들은 단독으로 또는 혼합하여 사용될 수 있다. 한편, 이와 같이 (메트)아크릴계 수지에 스티렌계 단량체가 포함되는 경우, (메트)아크릴계 수지를 스티렌계 수지와 블렌딩 하지 않고, 그 자체로 부의 위상차 특성을 갖는 고분자 물질로 사용할 수도 있다.
한편, 상기 (메트)아크릴계 수지에는 상기한 스티렌계 단량체, 말레산 무수물계 단량체, 말레이미드계 단량체 등이 2종 이상 혼합되어 메타크릴레이트계 단량체 및/또는 아크릴레이트계 단량체와 함께 사용될 수도 있다. 예컨대, 상기 (메트)아크릴계 수지에는 메타크릴레이트계 단량체 및 아크릴레이트계 단량체로 이루어진 군으로부터 선택된 1 이상의 단량체; 및 스티렌계 단량체, 말레산 무수물계 단량체 및 말레이미드계 단량체로 이루어진 군으로부터 선택된 1 이상의 단량체가 포함될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 (메트)아크릴계 수지는, 이에 한정되는 것은 아니나, 시클로헥실 말레산 무수물-메틸 메타크릴레이트 공중합체, N-시클로헥실 말레이미드-메틸 메타크릴레이트 공중합체, 스티렌-시클로헥실 말레산 무수물-메틸 메타크릴레이트 공중합체, 스티렌-N-시클로헥실 말레이미드-메틸 메타크릴레이트 공중합체, α-메틸스티렌-N-시클로헥실 말레이미드-메틸 메타크릴레이트 공중합체, α-메틸스티렌-N-페닐 말레이미드-메틸 메타크릴레이트 공중합체, α-메틸스티렌-N-시클로헥실 말레이미드-메틸 메타크릴레이트-시클로헥실 메타크릴레이트 공중합체 등일 수 있다.
상기 공중합체에 포함되는 (메트)아크릴계 단량체는 상기 (메트)아크릴계 수지에 포함되는 (메트)아크릴계 단량체에 관한 설명이 적용될 수 있다.
상기 스티렌계 수지와 (메트)아크릴계 수지의 블렌드 수지에 포함되는 스티렌계 수지 중 스티렌계 단량체의 함량 및 상기 스티렌계 단량체와 (메트)아크릴계 단량체를 포함하는 공중합체에 포함되는 스티렌계 단량체의 함량은 각각 1 내지 99 중량%로 포함될 수 있으며, 구체적으로 30 내지 99 중량% 또는 50 내지 99 중량%로 포함될 수 있다. 스티렌계 단량체의 함량이 1 중량% 미만일 경우에는 위상차 발현성의 저하로 원하는 위상차 값을 내는 위상차 필름을 제작하기 곤란한 문제가 있으며, 따라서, 원하는 위상차 값을 내기 위해서는 필름의 두께가 두꺼워질 수 있는 문제가 발생할 수 있다. 상기 락톤계 단량체 또는 수지는 기재 필름 총 중량을 기준으로 1 내지 99 중량%로 포함될 수 있다.
상기 기재필름은 필요에 따라, 다양한 첨가제들을 포함할 수 있으며, 첨가제의 종류, 원료는 당 기술분야에 알려져 있는 것이라면 제한없이 채용될 수 있다.
<코팅층>
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 및 제2 코팅층은 각각 정의 위상차 특성을 가지는 -C plate이다. 상기 제1 코팅층 및 제2 코팅층의 전체 코팅층의 Rin 값이 -10 nm 내지 10 nm이고, Rth 값은 -50 nm 내지 -150 nm이다. 제1 코팅층 및 제2 코팅층은 각각 두께가 1㎛ 내지 50㎛ 일 수 있다. 상기 제1 코팅층 및 제2 코팅층은 상기 기재 필름과 적층된 구조에서 전체 위상차 필름의 Rth가 20 nm 내지 100nm가 되도록 위상차값이 선택될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 코팅층과 제2 코팅층은 서로 다른 원료 물질을 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 코팅층은 무기물 및 바인더 수지를 포함한다.
제1 코팅층은 당 기술분야에 알려진 방식에 의해 기재 필름의 적어도 일면에 구비될 수 있다. 예를 들어, 무기물을 물에 분산시킨 뒤 바인더 수지와 혼합한 후, 도포하고 건조시켜 제조될 수 있다.
상기 무기물은 불순물이 적은 나트륨 테트라실리케이트 운모(sodium tetrasilicate mica)나 스멕타이트족이 바람직하다. 상기 스멕타이트족에 속하는 무기물로는 몬모릴로나이트, 라포나이트, 바이데라이트, 사포나이트, 헥토라이트 및 이들과 유사한 결정 구조를 갖는 합성물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
한편, 상기 무기물을 팽창 또는 분산시키기 위해 이용할 수 있는 용매로는 디메틸포름아미드, 디메틸설폭사이드, 니트로메탄, 물, 메탄올, 에틸렌 글리콜 등으로 이루어진 그룹으로부터 적절히 선택할 수 있으며, 다만 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 코팅층의 제조에 있어서 상기 무기물 층의 균열을 방지하고 도막을 형성하기 위해 광학적으로 투명한 친수성 바인더 수지 또는 수분산액을 혼합하는 것이 바람직하다. 이 때 바인더 수지는 폴리비닐알코올, 폴리아크릴아미드, 우레탄 수분산액, 아크릴 수분산액, 및 우레탄-아크릴 수분산액으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다. 다만, 친수성 수지의 경우 용매인 물에 용해되는 문제가 있을 수 있으므로 수분산액을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 코팅 후 도막의 인성(toughness) 및 기재 필름에 대한 접착성 등을 고려하여 신율이 약 45% 이상의 우레탄계 수분산액을 사용하는 것이 보다 바람직하다.
상기 무기물과 바인더 수지의 비율은 중량비로 1:0.6 내지 1:2인 것이 바람직하며, 1:0.8 내지 1:1.2인 것이 더욱 바람직하다. 무기물과 바인더 수지의 비율이 중량비로 1:0.6 내지 1:2의 범위 내에 있는 경우 무기물과 바인더 수지를 포함하는 제1 코팅층의 균열 방지 등 기계적 특성을 향상에 바람직하다.
나아가 제1 코팅층이 무기물과 바인더 수지의 수분산액을 이용하여 형성되는 경우 무기물과 바인더 수지를 포함하는 고형분의 전체 농도는 4~8wt%의 범위, 특히 4.5~6.5 wt%의 범위인 것이 바람직하다. 4 wt% 미만의 경우 점도가 낮아서 젖음도막두께(wet 두께)가 두꺼워지며, 코팅 후 코팅층이 낮은 점도로 인해 코팅액이 흐르는 문제가 발생하여 코팅층의 외관이 불량해지는 문제가 있으며, 8 wt%를 초과하는 경우 높은 점도로 인해 코팅에 어려움이 있다.
다음으로, 본 명세서에 있어서 상기 제2 코팅층의 원료 물질은 정의 위상차 특성을 갖는 고분자 물질이면 되며, 그 종류가 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 코팅층은 폴리이미드계 수지, 폴리아마이드계 수지, 환상올레핀계 수지, 폴리카보네이트계 수지 또는 폴리아릴레이트계 수지를 포함할 수 있다.
상기 폴리아마이드계 수지란 주쇄(main chain)에 아마이드기를 가지는 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 예컨대, 이에 한정되는 것은 아니나, 상기 폴리아마이드계 수지는 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112016040282513-pat00001
상기 화학식 1에 있어서, A 및 B는 독립적으로 C2-16 지방족 탄화수소 사슬, C5-14 지방족 탄화수소 고리 또는 C6-14 방향족 탄화수소 고리를 나타내고; X1 및 X2는 독립적으로 할로겐원자 또는 C1-6 알킬기를 나타내고; a 및 b는 독립적으로 0~3의 정수이고; n는 5~10,000의 정수이다.
이때, 상기 화학식 1의 A 및 B에 있어서, C2-16 지방족 탄화수소 사슬은 2 내지 16개, 또는 4 내지 14개, 또는 6 내지 12개의 탄소 원자의 탄화수소 부위를 의미하며, 이에 한정되는 것은 아니나, 메틸렌기, 에틸렌기, 프로필렌기, 트리메틸렌기, 테트라메틸렌기, 펜타메틸렌기, 헥사메틸렌기, 헵타메틸렌기, 노나메틸렌기, 데카메틸렌기, 운데카메틸렌기, 도데카메틸렌기, 트리데카메틸렌기, 테트라데카메틸렌기, 펜타데카메틸렌기, 헥사데카메틸렌기 등을 그 예로 들 수 있다.
또한, 상기 화학식 1의 A 및 B에 있어서, C5-14 지방족 탄화수소 고리는 5 내지 14개, 또는 5 내지 10개, 또는 5 내지 6개의 고리 탄소의 포화된 또는 불포화된 비방향족 모노시클릭, 바이시클릭, 트리시클릭 탄화수소 부위를 의미하며, 이에 한정된는 것은 아니나, 시클로펜탄 고리, 시클로헥산 고리 등의 시클로알칸(cycloalkane) 고리와 시클로펜텐 고리, 시클로헥센 고리, 시클로옥텐 고리 등의 시클로알켄(cycloalkene) 고리 등을 예로 들 수 있다.
또한, 상기 화학식 1의 A 및 B에 있어서, C6-14 방향족 탄화수소 고리는 6 내지 14개, 또는 6 내지 12개의 고리 원자를 가지는 모노시클릭, 바이시클릭 똔ㄴ 트리시클릭 방향족 탄화수소 부위를 의미하며, 이에 한정되는 것은 아니나, 벤젠 고리, 나프탈렌 고리, 안트라센 고리, 비페닐 고리 등을 그 예로 들 수 있다.
한편, 상기 화학식 1에 있어서 A 및 B의 폴리아마이드계 수지의 주쇄와의 결합 위치는 특별히 제한되지 않으며, 비대칭 위치라도 좋고, 대칭 위치라도 좋다. 예컨대, 상기 A또는 B가 시클로헥산 고리인 경우, 1,3번 탄소가 주쇄와 결합하는 시클로헥산 고리이어도 좋고, 1,4번 탄소가 주쇄와 결합하는 시클로헥산 고리이어도 좋다.
또한, 상기 화학식 1에 있어서, X1 및 X2의 C1- 6알킬기로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, t-부틸기 등을 그 예로 들 수 있다. 이때, 상기 X1은 A의 임의의 위치의 수소에 치환되어 결합되며, X2는 B의 임의의 위치의 수소에 치환되어 결합된다.
한편, 이에 한정되는 것은 아니나, 상기 폴리아마이드계 수지는 하기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 것이 보다 바람직하다. 이 경우 보다 효과적으로 정의 위상차 특성을 구현할 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112016040282513-pat00002
상기 화학식 2에 있어서, C는 C2-16 지방족 탄화수소 사슬을 나타내고; D1 및 D2는 시클로헥산 고리 또는 벤젠 고리를 나타내고; X3, X4 및 X5는 독립적으로 할로겐원자 또는 C1-6 알킬기를 나타내고; X6은 단일결합, 메틸렌기 또는 디메틸메틸렌기를 나타내고; c, d1 및 d2는 독립적으로 0~2의 정수이고; m은 5~10,000의 정수이다.
이때, 상기 화학식 2의 C에 있어서, C2-16 지방족 탄화수소 사슬은 2 내지 16개, 또는 4 내지 14개, 또는 6 내지 12개의 탄소 원자의 탄화수소 부위를 의미하며, 이에 한정되는 것은 아니나, 메틸렌기, 에틸렌기, 프로필렌기, 트리메틸렌기, 테트라메틸렌기, 펜타메틸렌기, 헥사메틸렌기, 헵타메틸렌기, 노나메틸렌기, 데카메틸렌기, 운데카메틸렌기, 도데카메틸렌기, 트리데카메틸렌기, 테트라데카메틸렌기, 펜타데카메틸렌기, 헥사데카메틸렌기 등을 그 예로 들 수 있다.
또한, 상기 화학식 2의 D1 및 D2에 있어서, 상기 D1 및 D2는 그 중에서도 특히 시클로헥산 고리인 것이 보다 바람직하며, 이때, 상기 D1 및 D2의 폴리아마이드계 수지의 주쇄와의 결합 위치는 특별히 제한되지 않으며, 비대칭 위치라도 좋고, 대칭 위치라도 좋다. 예컨대, 상기 D1 및 D2가 시클로헥산 고리인 경우, 1,3번 탄소가 주쇄와 결합하는 시클로헥산 고리이어도 좋고, 1,4번 탄소가 주쇄와 결합하는 시클로헥산 고리이어도 좋다.
또한, 상기 화학식 2에 있어서, X3, X4 및 X5의 C1- 6알킬기로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, t-부틸기 등을 그 예로 들 수 있다. 이때, 상기 X3은 C의 임의의 위치의 수소에 치환되어 결합되고, X4는 D1의 임의의 위치의 수소에 치환되어 결합되며, X5는 D2의 임의의 위치의 수소에 치환되어 결합된다.
또한, 상기 폴리이미드계 수지는, 주쇄에 이미드기를 가지는 것이면 특별한 제한 없이 사용이 가능하며, 예를 들면, 이에 한정되는 것은 아니나, 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르이미드(polyetherimide) 등이 사용될 수 있다.
또한, 상기 폴리카보네이트계 수지는, 이에 한정되는 것은 아니나 하기 화학식 3으로 표시되는 반복단위를 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112016040282513-pat00003
상기 화학식 3에서, X는 적어도 하나의 벤젠 고리, 지방족 고리, 또는 지방족 사슬을 포함하는 2가 기이고, l은 5~10,000의 정수이다.
한편, 상기 화학식 3에 있어서, 상기 적어도 하나의 벤젠 고리를 포함하는 2가 기의 예로는, 이에 한정되는 것은 아니나, 하기 구조식으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것을 들 수 있다. 이때, 상기 2가 기는 벤젠 고리의 임의의 위치에서 폴리카보네이트계 수지의 주 사슬과 연결될 수 있다.
Figure 112016040282513-pat00004
또한, 상기 화학식 3에 있어서, 상기 적어도 하나의 지방족 고리를 포함하는 2가 기는, 이에 한정되는 것은 아니나, 4 내지 14개, 또는 4 내지 10개, 또는 4 내지 8개의 고리 원자의 비방향족 모노시클릭, 바이시클릭 또는 트리시클릭 탄화수소 부위를 의미한다. 이때, 상기 2가 기는 지방족 고리의 임의의 위치에서 폴리카보네이트계 수지의 주 사슬과 연결될 수 있다.
또한, 상기 화학식 3에 있어서, 상기 적어도 하나의 지방족 사슬을 포함하는 2가 기는, 이에 한정되는 것은 아니나, 1 내지 10개, 또는 1 내지 8개, 또는 1 내지 6개의 탄소 원자의 직쇄 또는 분지쇄의 탄화수소 부위를 의미한다. 이때, 상기 2가 기는 지방족 사슬의 임의의 위치에서 폴리카보네이트계 수지의 주 사슬과 연결될 수 있다.
또한, 상기 환상올레핀계 수지는, 당해 기술분야에 잘 알려진 환상올레핀계 수지이면 특별한 제한 없이 사용이 가능하며, 예를 들면, 이에 한정되는 것은 아니나, 시클로올레핀폴리머(COP), 시클로올레핀코폴리머(COC) 등이 사용될 수 있다.
또한, 상기 폴리아릴레이트계 수지는, 당해 기술분야에 잘 알려진 폴리아릴레이트계 수지이면 특별한 제한 없이 사용이 가능하며, 예를 들면, 이에 한정되는 것은 아니나, 분자 내에 비스페놀 A의 유도체와 테레프탈 산 유도체를 포함하는 폴리아릴레이트 등이 사용될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 코팅층의 두께는 2㎛ 내지 50㎛ 일 수 있으며, 바람직하게는 3㎛ 내지 30㎛일 수 있다. 제1 코팅층의 두께가 상기 범위를 만족할 경우, 건조 불량, 필름 컬(curl) 등의 문제를 최소화하면서 효과적으로 원하는 수준의 위상차를 발현할 수 있다는 장점이 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 코팅층의 두께는 1㎛ 내지 15㎛일 수 있으며, 바람직하게는 2㎛ 내지 10㎛일 수 있다. 상기 제2 코팅층은 제1 코팅층의 존재로 인하여 종래 코팅층의 일반적인 두께에 비하여 얇게 구비될 수 있다.
한편, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 및 제2 코팅층을 포함하는 전체 코팅층의 두께는 3㎛ 내지 65㎛일 수 있으며, 바람직하게는 5㎛ 내지 10㎛일 수 있다. 전체 코팅층의 두께는 위상차를 발현하는 특성과 관련 있는 것으로 3㎛미만인 경우, 정의 위상차를 발현하는 특성이 떨어져 원하는 수준의 위상차를 발현하지 못할 수 있으며, 65㎛를 초과할 경우, 정의 위상차를 발현하는 특성이 너무 커질 수 있는 문제점이 발생할 수 있고, 더욱이 전체 위상차 필름의 박막화 도모가 어렵다는 단점이 있다.
한편, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 위상차 필름의 두께 즉, 기재필름, 제1 코팅층 및 제2 코팅층을 포함하는 전체 위상차 필름의 두께는 23㎛ 내지 165㎛일 수 있으며, 바람직하게는 25㎛ 내지 150㎛ 일 수 있다. 23 ㎛ 미만인 경우에는 편광소자를 제대로 지지하지 못해 소자 수축, 소자 크랙, 컬 등이 발생하기 쉬우며, 두께가 165 ㎛ 를 초과하는 경우에는 전체 편광판 두께가 너무 두꺼워 지고, 편광판 합지 시 접착제의 건조 불량에 의한 불량이 발생할 가능성이 있다.
전술한 바와 같이, 본 명세서에 따른 위상차 필름은 제1 및 제2 코팅층을 포함한다. 기재 필름의 일면에 하나의 코팅층을 구비하여 위상차 필름을 제작하는 경우, 제조 후 전체 위상차 필름이 말리는 컬(curl) 현상이 발생하는 문제점이 있었다. 이에, 본 발명자들은 코팅층의 원료 물질을 적절히 제어함으로써 컬(curl) 현상을 억제할 수 있음을 알아내었고, 전술한 바와 같이 제1 코팅층이 무기물 및 바인더 수지를 포함하는 경우, 컬(curl) 현상 억제 효과가 극대화된다. 구체적으로, 제1 코팅층에 첨가되는 무기물이 층상 구조를 갖고 있는 경우, 코팅 용액이 건조될 때 코팅면과 평행한 방향으로 정렬될 수 있다. 따라서, 기재 필름 또는 제2 코팅층으로부터 휘어지는 힘을 받을 때 제1 코팅층의 정렬된 층상 구조가 이에 저항하므로, 컬 현상을 억제할 수 있다. 무기물 및 바인더 수지의 관한 구체적인 설명은 전술한 내용과 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
그러나, 무기물 및 바인더 수지를 포함하는 제1 코팅층만 구비하는 경우, 제1 코팅층이 쉽게 함습하여 위상차값이 변하고 내구성이 떨어지는 문제가 있다. 이에, 제1 코팅층의 기재 필름에 대향하는 면의 반대면에 정의 위상차를 가지는 제2 코팅층을 추가로 구비함으로써, 제1 코팅층을 보호함과 동시에 정의 위상차를 보다 효율적으로 발현할 수 있다. 구체적으로, 제1 코팅층에 사용되는 무기물이 수용성인 경우에는 수분에 취약할 수 있으나, 제2 코팅층을 유용성 고분자를 사용하여 형성함으로써 수분에 강한 효과를 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명자들은 하나의 코팅층만 구비한 경우와 전체 코팅층의 두께가 동일하더라도 본원 명세서에 따른 위상차 필름과 같이 얇은 두께의 제1 및 제2 코팅층을 각각 코팅하는 경우 컬(curl) 현상이 더욱 억제됨을 알아내었다.
즉, 본 명세서에 따른 위상차 필름은 제1 및 제2 코팅층을 구비함으로써, 제조 후 위상차 필름의 컬(curl) 현상을 억제함과 동시에 내습성 향상으로 우수한 내구성을 구현할 수 있다는 장점이 있다. 상기의 효과는 제1 및 제2 코팅층이 서로 다른 원료 물질을 포함하는 경우 극대화되며, 구체적으로 제1 코팅층이 무기물 및 바인더 수지를 포함하고, 제2 코팅층이 폴리이미드계 수지, 폴리아마이드계 수지, 환상올레핀계 수지, 폴리카보네이트계 수지 또는 폴리아릴레이트계 수지를 포함하는 경우 가장 바람직하다.
또한, 코팅층이 목표 수준의 Rth값을 발현하기 위해서는 특정 두께로 코팅되어야 하는데, 제1 코팅층이 Rth값을 발현하기 때문에 제2 코팅층을 상대적으로 얇게 코팅해도 두 층의 Rth값을 합하면 원하는 Rth값을 얻는게 가능하다. 따라서, 컬이 발생하는 이유인 제2 코팅층의 두께가 얇아져서 코팅 내부의 응력이 작아지므로 컬이 줄어드는 효과가 있다.
<위상차 필름>
상기와 같이 본 명세서에 따른 위상차 필름은 부의 위상차 특성을 가지는 기재 필름의 일면에 정의 위상차 특성을 가지는 제1 및 제2 코팅층을 구비하여 사용함으로써, 전체 위상차 필름의 Rin/Rth값을 조정할 수 있고, 결과적으로 보다 넓은 시야각 특성을 구현할 수 있다.
한편, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 상기 위상차 필름은 IPS 모드 액정표시장치에서 적용되는 경우 시야각 개선 효과가 매우 우수한바, IPS 모드 액정표시장치용 위상차 필름으로 매우 적합하게 사용될 수 있다.
나아가, 본 명세서에 따른 위상차 필름은 위상차 필름 제조에 있어서 일반적으로 사용되는 윤활제, 산화방지제, UV안정제, 열안정제, UV 흡수제, 가소제, 레타데이션 상승제 등 당해 기술분야에 잘 알려진 첨가제를 필요에 따라 전체 위상차 필름 100 중량부에 대하여 0 중량부 내지 10 중량부의 양으로 포함할 수 있다.
본 명세서에 일 실시상태에 따르면, 상기 위상차 필름은 면상 스위칭(IPS) 모드 액정표시장치용이다.
상기 위상차 필름은 하기 식 (1) 및 (2)를 만족하는 것이 바람직하다. 본 발명자들의 연구에 따르면, 본 발명의 위상차 필름이 하기 식 (1) 및 (2)를 만족하는 경우, IPS 모드 액정표시장치에 위상차 필름으로 이용시 시야각 개선 효과가 우수한 것으로 나타났다.
식 (1): 40nm < Rin,total < 300nm
식 (2): 10nm < Rth,total < 300nm
상기 식 (1) 및 (2)에서, Rin,total은 가시광 파장대역에서 측정한 위상차 필름 전체의 면 방향 위상차값이고, Rth,total은 가시광 파장대역에서 측정한 위상차 필름 전체의 두께 방향 위상차값이다. 즉, 본 발명의 위상차 필름은 상기 Rin,total 및 Rth,total이 가시광 파장대역, 보다 구체적으로 400nm 내지 780nm 파장 중 어느 특정 파장의 광, 예를 들면 450nm, 550nm, 또는 650nm의 파장의 광에서 측정하여도 상기 식 (1) 및 (2)를 만족하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 위상차 필름은 가시광 파장대역에서 측정한 위상차 필름 전체의 면 방향 위상차값이 40nm 내지 160nm 또는 50nm 내지 130nm인 것이 보다 바람직하고, 두께 방향 위상차값이 10nm 내지 250nm 또는 20nm 내지 200nm인 것이 보다 바람직하다. 이 경우 상기한 시야각 개선 효과가 더욱 효과적으로 발현될 수 있다.
또한, 상기 위상차 필름은 하기 식 (3)으로 표시되는 Nz 값이 1 미만인 것이 바람직하고, 0.3 내지 0.9인 것이 보다 바람직하며, 0.4 내지 0.7인 것이 특히 바람직하다. 이 경우 다양한 모드의 액정표시장치, 특히 IPS 모드의 액정표시장치의 위상차 필름으로서 사용하기에 매우 적합하다.
식 (3): Nz = Rth,total/Rin,total
상기 식 (3)에서, Rin,total은 위상차 필름 전체의 면 방향 위상차값이고, Rth,total은 위상차 필름 전체의 두께 방향 위상차값이며, 이때, 상기 Rin,total 및 Rth,total은 모두 가시광 파장대역에서 측정한 위상차 값이다. 즉, 본 발명의 위상차 필름은 상기 Nz가 가시광 파장대역, 보다 구체적으로 400nm 내지 780nm 파장 중 어느 특정 파장의 광, 예를 들면 450nm, 550nm, 또는 650nm의 파장의 광에서 측정하여도 상기 범위를 만족하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 위상차 필름은 하기 식 (4)를 만족하는 것이 바람직하다. 이 경우IPS 모드 액정표시장치에 위상차 보상 필름으로 매우 유용하게 적용될 수 있다.
(4): nx,total > nz,total > ny,total
상기 식 (4)에 있어서, nx,total는 위상차 필름 전체의 면 방향 굴절율이 최대가 되는 방향(즉, 지상축 방향)의 굴절율이고, ny,total는 위상차 필름 전체의 상기지상축에 수직인 방향인 방향(즉, 진상축 방향)의 굴절율이며, nz,total는 위상차 필름 전체의 두께 방향의 굴절율이다.
한편, 상기와 같은 식 (1) 내지 (4) 중 하나 이상을 만족하는 본 발명의 위상차 필름은 기재 필름과 제1 및 제2 코팅층을 형성하는 원료 물질 및 연신 조건 등을 적절하게 제어함으로써 제조될 수 있다.
<편광판 및 액정표시장치>
본 명세서의 일 실시상태는 상기 위상차 필름을 적어도 하나 이상 포함하는 편광판을 제공한다. 구체적으로, 폴리비닐알코올계 편광자의 적어도 일면에 직접 부착 되거나, 편광자의 일면에 구비된 보호 필름 상에 부착되어 유용하게 사용될 수 있다.
상기 위상차 필름을 편광자의 적어도 일면에 직접 부착시키는 경우, 예를 들어, 그 구조는 상 보호필름/편광차/위상차 필름, 위상차 필름/편광자/하 보호필름, 위상차 필름/상 보호필름/편광자/하 보호필름 또는 상 보호필름/편광자/하 보호필름/위상차 필름 일 수 있으나, 이에 의하여 한정되는 것은 아니다.
상기 편광판은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 위상차 필름을 포함하는 것을 제외하고는 필요에 따라, 당 기술분야에 알려진 구성요소를 더 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태는 또한, 상기 위상차 필름을 적어도 하나 이상 포함하는 액정표시장치를 제공한다. 예컨대, 본 명세서의 일 실시상태는 상기 위상차 필름을 적어도 하나 이상 포함하는 IPS 모드 액정표시장치를 제공한다.
이때, 상기 액정표시장치는 액정 셀 및 상기 액정 셀의 양면에 각각 구비된 제 1 편광판 및 제 2 편광판을 포함하는 것일 수 있으며, 상기 위상차 필름은 상기 액정 셀과 상기 제 1 편광판 및/또는 제 2 편광판 사이에 구비될 수 있다. 즉, 제 1 편광판과 액정 셀 사이에 위상차 필름이 구비될 수 있고, 제 2 편광판과 액정 셀 사이에, 또는 제 1 편광판과 액정 셀 사이와 제 2 편광판과 액정 셀 사이 모두에 위상차 필름이 하나 또는 2 이상 구비될 수 있다. 다만, 이에 의하여 한정되는 것은 아니며, 상기 액정표시장치는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 위상차 필름을 포함하는 것을 제외하고는 필요에 따라, 추가의 구성요소를 더 포함할 수도 있으며, 각 구성요소들의 적층순서 역시 특별히 제한되지 않는다.
다음으로, 본 명세서의 위상차 필름의 제조 방법에 대해 설명한다.
본 명세서의 일 실시상태는 부의 위상차 특성을 갖는 기재 필름을 제공하는 단계; 상기 기재 필름의 적어도 일면에 정의 위상차 특성을 갖는 제1 코팅층을 형성하는 단계; 및 상기 제1 코팅층의 상기 기재 필름에 대향하는 면의 반대면에 정의 위상차 특성을 갖는 제2 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 위상차 필름의 제조 방법을 제공한다.
보다 구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 부의 위상차 특성을 갖는 기재 필름을 이축 연신 또는 폭 방향(TD)으로 일축 연신하는 단계; 상기 연신 단계를 거친 기재 필름의 적어도 일면에 정의 위상차 특성을 갖는 제1 코팅층을 형성하는 단계; 및 상기 제1 코팅층의 상기 기재 필름에 대향하는 면의 반대면에 정의 위상차 특성을 갖는 제2 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 위상차 필름의 제조 방법을 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 위상차 필름은 이와 같이 보다 간소화된 공정으로 IPS 모드 액정표시장치에도 적용이 가능한 위상차 필름을 제조할 수 있다.
먼저, 본 명세서에 있어서, 상기 기재 필름은 부의 위상차 특성을 갖는 고분자 물질을 이용하여 당해 기술 분야에 잘 알려진 필름 성형 방법, 예를 들면, 압출 성형, 용액 캐스팅, 캘린더 성형, 필름 유연법 등을 이용하여 제조할 수도 있고, 또는 부의 위상차 특성을 갖는 시판되는 필름을 사용하여도 무방하다. 상기 정의 위상차 특성을 갖는 고분자 물질의 구체적인 예들은 상기한 바와 동일하다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 기재 필름을 제공하는 단계는 부의 위상차 특성을 갖는 기재 필름을 이축 연신 또는 폭 방향(TD)으로 일축 연신하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 연신 하는 단계는 부의 위상차 특성을 갖는 기재 필름을 이축 연신 하는 것일 수 있다. 이때, 상기 기재 필름을 이축 연신 하는 단계는 기재 필름을 길이 방향(MD)으로 일축 연신 한 후 폭 방향(TD)으로 일축 연신 하는 방법에 의해 수행되는 것이 바람직하다. 폭 방향(TD)으로 일축 연신한 후 길이 방향(MD)으로 일축 연신하는 경우에는 폭 수축이 일어나면서 고분자 사슬의 배향이 완화되어 소실될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 이축 연신 하는 단계는 상기 기재 필름을 길이 방향(MD)으로 1.1 내지 4 배율, 보다 바람직하게는 1.3 내지 3 배율로 일축 연신 한 후, 폭 방향(TD)으로 1.1 내지 4 배율, 보다 바람직하게는 1.3 내지 3 배율로 일축 연신 하는 것일 수 있다. 이때, 연신비가 1.1 배 미만인 경우에는 필름의 인성이 저하되어, 제조된 위상차 필름이 편광판에 적용하기 어려울 수 있으며, 연신비가 4 배를 초과하는 경우는 연신 과정에서 필름의 파단이 발생할 수 있어, 안정적인 필름 생산이 어려울 수 있다.
한편, 상기 기재 필름을 길이 방향(MD) 및 폭 방향(TD)으로 연신 하는 방법은 당해 기술분야에서 널리 알려진 연신 방법으로 수행될 수 있으며, 예컨대, 상기 길이 방향(MD)으로의 연신은 롤간 연신 방법, 압축 연신 방법 등을 이용할 수 있으며, 상기 폭 방향(TD)으로의 연신은 텐터를 이용한 연신 방법 등을 이용할 수 있다.
또한, 상기 이축 연신 하는 단계는, 상기 기재 필름의 유리전이온도를 Tg라 할 때, (Tg-20)℃ 내지 (Tg+30)℃의 온도에서 수행되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 (Tg)℃ 내지 (Tg+20)℃ 또는 (Tg)℃ 내지 (Tg+10)℃ 정도의 온도에서 수행될 수 있다. 이때, 길이 방향으로 일축 연신 하는 단계가 (Tg-20)℃ 미만의 온도에서 수행될 경우, 필름의 저장 탄성율이 저하될 수 있으며, 이에 따라 손실 탄성율이 저장 탄성률보다 커질 수 있다. 또한, (Tg+30)℃ 초과의 온도에서 수행될 경우, 고분자 사슬의 배향이 완화되어 소실될 수 있다. 한편, 상기 유리전이온도는 시차주사형 열량계(DSC)에 의해 측정될 수 있다. 예컨대, 시차주사형 열량계(DSC)를 이용하는 경우, 약 10mg의 시료를 전용 펜(pan)에 밀봉하고 일정 승온 조건으로 가열할 때 상변이가 일어남에 따른 물질의 흡열 및 발열량을 온도에 따라 그려 유리전이온도를 측정할 수 있다.
또는, 상기 연신 하는 단계는 부의 위상차 특성을 갖는 기재 필름을 폭 방향(TD)으로만 일축 연신 하는 것일 수도 있다. 이때, 상기 폭 방향(TD)으로만 일축 연신 하는 단계는 폭 방향(TD)으로 1.1 내지 4 배, 보다 바람직하게는 1.3 내지 3 배의 연신 배율로 수행될 수 있다. 연신비가 1.1배 미만인 경우에는 필름의 인성이 저하되어, 제조된 위상차 필름이 편광판에 적용하기 어려울 수 있으며, 연신비가 4 배를 초과하는 경우는 연신 과정에서 필름의 파단이 발생할 수 있어, 안정적인 필름 생산이 어려울 수 있다. 연신 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 텐터를 이용한 연신 방법 등 당해 기술분야에서 널리 알려진 연신 방법으로 수행될 수 있다.
상기 부의 위상차 특성을 갖는 기재 필름을 연신 한 후, 상기 기재 필름의 적어도 일면에 정의 위상차 특성을 갖는 제 1 및 제 2 코팅층을 형성하는 단계를 수행한다. 구체적으로, 상기 기재 필름의 적어도 일면에 제1 코팅층을 형성한 후, 제1 코팅층의 상기 기재 필름에 대향하는 면의 반대면에 제2 코팅층을 형성하는 단계를 수행한다.
상기 제1 및 제2 코팅층을 형성하는 단계는 당해 기술분야에서 널리 알려진 방법에 의해 수행될 수 있다. 제1 코팅층과 제2 코팅층을 형성하는 방법은 동일할 수도 있으나, 달라도 상관없다. 예컨대, 정의 위상차를 갖는 원료 물질, 필요한 경우 무기물과 용매를 포함하는 조성물을 마이크로 그라비아 코팅법, 콤마 코팅법, 바 코팅법, 롤러 코팅법, 스핀 코팅법, 프린트법, 딥 코팅법, 유연 성막법, 다이 코팅법, 블레이드 코팅법, 그라비아 인쇄 법 등의 방법을 이용하여 도포하여 건조하는 방법으로 수행될 수 있다. 이때, 상기 정의 위상차 특성을 갖는 고분자 물질의 구체적인 예는 상기한 바와 동일하며, 사용 가능한 용매로는 물, 메틸렌클로라이드, 클로로포름, 테트라하이드로퓨란(THF), 1,3-디옥살레인, 시클로펜타논, N-메틸 피롤리돈(NMP), 디메틸폼아마이드(DMF), 디메틸아세트아마이드(DMAc) 에탄올, 메탄올 등의 알코올류, 물 등을 들 수 있다. 이들 용매는 단독으로 이용해도 되고 2종 이상을 병행해도 된다.
상기 제1 코팅층 및 제2 코팅층 형성시 사용되는 용매는 동일하거나 상이할 수 있다. 예컨대 상기 제1 코팅층 형성시에는 물을, 상기 제2 코팅층 형성시에는 유기용매를 사용할 수 있다. 일 예에 따르면, 제1 코팅층은 정의 위상차 특성을 갖는 무기물, 바인더 수지, 및 용매, 예컨대 물을 포함하는 조성물을 이용하여 형성할 수 있고, 제2 코팅층은 정의 위상차 특성을 갖는 고분자 수지와 용매, 예컨대 유기 용매를 포함하는 조성물을 이용하여 형성할 수 있다.
한편, 필요에 따라, 상기 기재 필름과 코팅층 사이의 접착력을 향상시키기 위하여, 상기 부의 위상차 특성을 갖는 기재 필름을 연신하는 단계와 상기 정의 위상차 특성을 갖는 코팅층을 형성하는 단계 사이에서 상기 기재 필름의 표면을 코로나 처리 할 수도 있다.
이하에서, 실시예를 통하여 본 명세서를 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 명세서를 예시하기 위한 것이며, 이에 의하여 본 명세서의 범위가 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
axoscan 장비로 측정할 경우 Rin 값이 110nm이고, Rth값이 160nm이어서 +B 필름인 FNa 필름(일본 오쿠라 사)을 준비하였다.
제 1 코팅 용액의 준비를 위하여, 상온에서 증류수 92g에 BYK 사의 라포나이트 RD 3.6g과 DSM사의 우레탄계 바인더인 R600 4.32g을 섞어서 4시간 동안 교반하였다. 이 과정에서 라포나이트 RD는 물에 이온의 형태로 용해되며 특유의 층상 구조로 인해 층 가장자리의 양전하와 층 면의 음전하가 전기적 인력에 의해 엉기면서 용액의 점도는 점점 상승하였다. 이 때 우레탄계 바인더인 R600이 라포나이트가 엉기는 것을 방해하여 점도의 상승을 늦춰서 공정에 적용하기 쉽게 할 수 있었다. 따라서 얻어진 용액의 점도는 천천히 상승하였으며, 점도가 약 50~150 cp가 된 시점에 준비한 필름에 바 코터를 통해 용액 젖음두께가 50μm가 되도록 코팅하였다. 코팅된 필름을 110℃의 오븐에서 5분간 건조하여 약 4μm의 제1 코팅층이 형성된 필름을 얻었다. 이 때 R600은 라포나이트 사이에 분포하여 건조된 라포나이트가 부서지지 않도록 고정해 주며, 또한 제1 코팅층이 상기 기재인 FNa필름과 후술할 제 2 코팅층 모두와 높은 부착성을 가질 수 있도록 할 수 있다.
제 2 코팅용액은 톨루엔과 메틸에틸케톤이 8:2의 질량비로 혼합된 용제 80g에, 일본 유니티카사의 폴리아릴레이트 20g 녹인 후 12시간 동안 교반하여 준비하였다. 준비된 제 2 코팅용액을 상기 제1 코팅층이 형성된 FNa 필름의 제 1 코팅층 표면에 바 코터를 통해 용액 젖음두께가 15μm가 되도록 코팅하였다. 코팅된 필름을 90℃의 오븐에서 3분간 건조하여 약 3μm의 제 2 코팅층이 형성된 필름을 얻었다.
최종적으로 만들어진 필름은 아무런 외력을 받지 않았을 때 지름 30cm 이상의 원과 같은 곡률을 가지는 정도로 휘어있음을 확인하였다. 마지막으로 제조된 필름을 axoscan 장비로 측정하면 Rin값이 110nm이고 Rth값이 50nm인 -B 필름임을 확인할 수 있다.
만들어진 필름을 편광판 제조 공정에 흔히 적용되는 수세 공정을 모사하기 위하여 상온의 증류수에 24시간 동안 담가둔 결과 육안 및 위상차 측면에서 특별한 변화를 보이지 않음을 확인하였다. 또한 고온 다습한 환경을 가정하여 60℃, 상대습도 95% 조건에서 1000 시간 동안 진행되는 내습열 테스트에서 24시간, 100시간, 500시간, 1000시간이 지난 후 꺼내어 측정한 결과, Rin값 변화는 1% 이내였으며 Rth값 변화는 -4nm로 요구 물성인 ±5nm에 부합함을 확인하였다.
비교예 1 (제1 코팅층만 구비한 경우)
실시예 1과 같은 방법 수행하되, 제 1 코팅층만을 총 8μm 두께로 형성하여 최종적으로 동일한 위상차를 가지는 -B필름을 제조하였다. 제2 코팅층은 형성하지 않았다.
만들어진 필름을 수세 공정을 모사하기 위해 상온의 증류수에 24시간 동안 담가둔 이후 위상차를 측정해본 결과, 기재필름인 FNa와 동일한 위상차를 보이는 것을 확인하였다 (Rin = 110 nm, Rth = 160 nm).
수용성인 라포나이트와 수용성 바인더인 R600이 모두 물에 녹아서 기재필름인 FNa만 남게 되는 것으로 생각할 수 있다.
비교예 2(제2 코팅층만 구비한 경우)
실시예 1과 같은 방법 수행하되, 스타이렌계 수지인 폴리아릴레이트를 포함하는 제 2 코팅층만을 총 5.5μm 두께로 코팅하여 최종적으로 동일한 위상차를 가지는 -B 필름을 제조하였다. 제1 코팅층은 형성하지 않았다.
만들어진 필름은 분자 구조가 견고하고 건조가 빠른 폴리아릴레이트의 특성으로 인해 컬이 매우 심하여 아무런 외력을 받지 않았을 때 지름 2cm 정도의 두루마리 형태로 완전히 말려버리는 것을 확인하였다.
비교예 3(제1 코팅층과 제2 코팅층의 적층 순서가 바뀐 경우 )
실시예 1과 마찬가지 방법으로 수행하되, 적층 순서를 반대로 하여 먼저 폴리아릴레이트를 포함하는 제 2 코팅 용액을 FNa에 코팅, 건조한 후 라포나이트를 포함하는 제 1 코팅 용액을 상기 제2 코팅층 위에 코팅, 건조하여 동일한 Rth값을 가지는 -B필름을 제조하였다. 이 과정에서 제 2 코팅 용액에 함유된 톨루엔이 FNa를 침식하여 Rin값이 약 5nm정도 줄어드는 현상을 관찰하였다. 또한 비교예 1과 마찬가지로 내수 테스트에서 처음 코팅된 폴리아릴레이트층만을 남기고 라포나이트가 포함된 코팅층은 모두 녹아버리는 것을 확인하였다.

Claims (17)

  1. 부의 위상차 특성을 가지는 기재 필름;
    상기 기재 필름의 적어도 일면에 구비되고, 정의 위상차 특성을 가지는 제1 코팅층; 및
    상기 제1 코팅층의 상기 기재 필름에 대향하는 면의 반대면에 구비되고, 정의 위상차 특성을 가지는 제2 코팅층을 포함하고,
    상기 제1 코팅층은 무기물 및 바인더 수지를 포함하며, 상기 바인더 수지는 폴리비닐알코올, 폴리아크릴아미드, 우레탄 수분산액, 아크릴 수분산액, 및 우레탄-아크릴 수분산액으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나이고,
    상기 제2 코팅층은 폴리이미드계 수지, 폴리아마이드계 수지, 환상올레핀계 수지, 폴리카보네이트계 수지 또는 폴리아릴레이트계 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상차 필름.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 무기물은 나트륨 테트라실리케이트 운모(sodium tetrasilicate mica), 몬모릴로나이트, 라포나이트 및 헥토라이트로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 위상차 필름.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 무기물과 상기 바인더 수지의 중량비가 1:0.6 내지 1:2인 것을 특징으로 하는 위상차 필름.
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 코팅층의 두께가 5㎛ 내지 50㎛ 인 것을 특징으로 하는 위상차 필름.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 제2 코팅층의 두께가 1㎛ 내지 15㎛ 인 것을 특징으로 하는 위상차 필름.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 및 제2 코팅층을 포함하는 전체 코팅층의 두께가 23㎛ 이상 165㎛ 이하 인 것을 특징으로 하는 위상차 필름.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 위상차 필름은 하기 식 (1) 및 (2)를 만족하는 것을 특징으로 하는 위상차 필름:
    식 (1): 40nm < Rin,total < 300nm
    식 (2): 10nm < Rth,total < 300nm
    상기 식 (1) 및 (2)에서,
    Rin,total은 가시광 파장대역에서 측정한 위상차 필름 전체의 면 방향 위상차값이고,
    Rth,total은 가시광 파장대역에서 측정한 위상차 필름 전체의 두께 방향 위상차값이다.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 위상차 필름은 하기 식 (3)으로 표시되는 Nz 값이 1 미만인 것을 특징으로 하는 위상차 필름:
    식 (3): Nz = Rth,total/Rin,total
    상기 식 (3)에서,
    Rin,total은 위상차 필름 전체의 면 방향 위상차값이고,
    Rth,total은 위상차 필름 전체의 두께 방향 위상차값이며,
    이때, 상기 Rin,total 및 Rth,total은 모두 가시광 파장대역에서 측정한 위상차값이다.
  13. 청구항 1에 있어서, 상기 위상차 필름은 하기 식(4)를 만족하는 것을 특징으로 하는 위상차 필름:
    (4): nx,total > nz,total > ny,total
    상기 식 (4)에 있어서,
    nx,total는 위상차 필름 전체의 면 방향 굴절율이 최대가 되는 방향(즉, 지상축 방향)의 굴절율이고,
    ny,total는 위상차 필름 전체의 상기 지상축에 수직인 방향인 방향(즉, 진상축 방향)의 굴절율이며,
    nz,total는 위상차 필름 전체의 두께 방향의 굴절율이다.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 기재 필름은 Rin이 50 nm 내지 150 nm이고, Rth가 100 nm 내지 200nm이며, Rin<Rth인 것을 특징으로 하는 위상차 필름.
  15. 청구항 1에 있어서, 상기 위상차 필름은 면상 스위칭(IPS) 모드 액정표시장치용인 것을 특징으로 하는 위상차 필름.
  16. 청구항 1, 4, 6, 및 8 내지 15 중 어느 한 항에 따른 위상차 필름을 포함하는 액정표시장치.
  17. 부의 위상차 특성을 갖는 기재 필름을 제공하는 단계;
    상기 기재 필름의 적어도 일면에 정의 위상차 특성을 갖는 제1 코팅층을 형성하는 단계; 및
    상기 제1 코팅층의 상기 기재 필름에 대향하는 면의 반대면에 정의 위상차 특성을 갖는 제2 코팅층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 코팅층은 무기물 및 바인더 수지를 포함하며, 상기 바인더 수지는 폴리비닐알코올, 폴리아크릴아미드, 우레탄 수분산액, 아크릴 수분산액, 및 우레탄-아크릴 수분산액으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나이고,
    상기 제2 코팅층은 폴리이미드계 수지, 폴리아마이드계 수지, 환상올레핀계 수지, 폴리카보네이트계 수지 또는 폴리아릴레이트계 수지를 포함하는 것인 청구항 1, 4, 6, 및 8 내지 15 중 어느 한 항에 따른 위상차 필름의 제조 방법.
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