KR102134948B1 - 광학 필름 및 이를 포함하는 편광판 - Google Patents

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Abstract

본 명세서는 (메타)아크릴계 수지; 고무탄성체; 및 위상차 조절제를 포함하고, 파장 550nm에서 면 방향 위상차가 10nm 내지 70nm이고, 두께 방향 위상차가 20nm 내지 140nm이며, +B 위상차 특성을 나타내는 것인 광학 필름 및 이를 포함하는 편광판에 관한 것이다.

Description

광학 필름 및 이를 포함하는 편광판{OPTICAL FILM AND POLARIZER PLATE COMPRISING THE SAME}
본 명세서는 광학 필름 및 이를 포함하는 편광판에 관한 것이다.
액정표시장치는 음극선관 디스플레이에 비해 소비 전력이 낮고, 부피가 작고, 가벼워 휴대가 용이하기 때문에 광학 디스플레이 소자로서 보급이 확산되고 있다. 일반적으로 액정표시장치는 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. 이때 입사광의 입사 각도에 따라 빛의 경로와 복굴절성이 변화하게 되는데, 이는 액정이 두 개의 상이한 굴절률을 가지는 이방성 물질이기 때문이다.
이와 같은 특성으로 인해, 액정표시장치는 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 액정표시장치 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 액정 모드가 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 액정 모드의 광학 이방성으로 인한 위상차를 발현하기 위해서는 각각의 모드에 대응하는 광학 이방성의 위상차 필름이 요구된다. 그중에서도, IPS 모드의 경우에는 양의 유전률 이방성을 갖는 액정이 수평 배향되어 있기 때문에 비구동 상태에서 경사각에서의 광학 이방성이 타 모드 대비 크지 않아 등방성 보호 필름 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(In-Plane Switching) 모드 액정패널에 적용되는 위상차 필름으로는, 예를 들면, nx ＞ nz ＞ ny 의 굴절률 분포를 가지는 광학 필름이 사용되어야 한다. 이때, 상기와 같은 굴절률 분포를 가지는 광학 필름은 일반적으로 아크릴계 물질 단독으로 사용해서는 구현이 어려우며, 아크릴계 물질은 단독으로 사용한 필름을 적용할 경우 기계적 물성의 저하가 커 편광판 합지 공정 또는 패널 조립 공정에서 크랙의 발생이 크게 증가하는 문제점이 있다. 따라서, 상기 굴절률 분포 조건을 만족하는 위상차 보상층을 형성하기 위해, 두 층 이상의 다층 필름 형태로 제조하는 방법이 제안되었다. 그러나, 다층 필름으로 제조하는 경우, 필름의 박형화가 어려우며, 또한 적층되는 두 층 이상의 필름의 광축이 정확하게 배치되지 않으면 원하는 위상차 특성을 나타내지 않는 등 제조가 매우 까다롭다는 문제점이 있었다.
따라서, 한 장의 필름으로 원하는 굴절률 분포를 가지는 광학 필름을 제조하기 위한 연구가 필요하다.
한국 특허출원 공개 제2010-0130153호
본 명세서는 광학 필름 및 이를 포함하는 편광판을 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태는
(메타)아크릴계 수지;
고무탄성체; 및
위상차 조절제를 포함하고,
파장 550nm에서 하기 식 (1)로 표시되는 면 방향 위상차가 10nm 내지 70nm이고, 하기 식 (2)로 표시되는 두께 방향 위상차가 20nm 내지 140nm이며,
+B 위상차 특성을 나타내는 것인 광학 필름을 제공한다.
식 (1): Re = (nx-ny) x d
식 (2): Rth = (nz -ny) x d
상기 식 (1) 및 (2)에 있어서, Re은 면 방향 위상차이고, Rth는 두께 방향 위상차이며, d는 필름 두께이고, nx, ny 및 nz는 각각 파장 550nm에서 측정된 x 방향 굴절율, y 방향 굴절율 및 z 방향 굴절율이다.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는
수지 조성물을 이용하여 필름 형태로 제조하는 단계; 및
상기 필름을 이축 연신하는 단계를 포함하는 광학 필름 제조방법에 있어서,
상기 연신하는 단계는 기계방향(MD)으로 1.2배 내지 2배, 폭방향(TD)으로 2.4배 내지 5배 조건으로 연신되고,
상기 폭방향(TD) 연신 배율/기계방향(MD) 연신 배율은 2 이상인 것인 광학 필름의 제조방법을 제공한다.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는
편광자; 및
상기 편광자의 적어도 일면에 구비된 상기 광학 필름을 포함하는 편광판을 제공한다.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는
표시 패널; 및
상기 표시 패널의 일면 또는 양면에 부착되어 있는 상기 편광판을 포함하는 화상표시장치를 제공한다.
본 명세서에 기재된 실시상태들에 따르면, 상기 광학 필름은 충격에너지 등의 기계적 물성이 개선된다. 따라서, 광학 필름의 제조시나 편광판 또는 화상표시장치에 적용시 파단이 생기거나 크랙이 생기는 문제를 해결할 수 있다.
도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 편광판을 나타낸 도이다.
이하 본 명세서를 상세히 설명한다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태는 (메타)아크릴계 수지;
고무탄성체; 및
위상차 조절제를 포함하고,
파장 550nm에서 하기 식 (1)로 표시되는 면 방향 위상차가 10nm 내지 70nm이고, 하기 식 (2)로 표시되는 두께 방향 위상차가 20nm 내지 140nm이며,
+B 위상차 특성을 나타내는 것인 광학 필름을 제공한다.
식 (1): Re = (nx-ny) x d
식 (2): Rth = (nz -ny) x d
상기 식 (1) 및 (2)에 있어서, Re은 면 방향 위상차이고, Rth는 두께 방향 위상차이며, d는 필름 두께이고, nx, ny 및 nz는 각각 파장 550nm에서 측정된 x 방향 굴절율, y 방향 굴절율 및 z 방향 굴절율이다.
구체적으로, 상기 nx는 파장 550nm의 광에서 측정하였을 때, 면 방향 굴절율이 최대가 되는 방향(즉, 지상축 방향)의 굴절율이고, ny는 파장 550nm의 광에서 측정하였을 때, 면 방향에 있어서 지상축에 수직인 방향(즉, 진상축 방향)의 굴절율이며, nz는 두께 방향의 굴절율을 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 nx, ny 및 nz는 당해 기술분야에 있어서 잘 알려진 공지의 방법으로 측정이 가능하며, 예를 들면, 프리즘 커플러 장비(SAIRON TECHNOLOGY社 SPA-3DR) 등을 이용하여 평균 굴절율을 측정하고, Axomatrics 社의 엑소스캔(Axoscan)으로 복굴절을 측정하여 nx, ny 및 nz를 각각 계산할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 "두께"란 어떤 부재의 일 표면과 상기 표면과 대향하는 일 표면 사이의 평균 너비를 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 "+B 위상차 특성"이란 nz ≥ nx > ny의 굴절율 분포를 갖는 것을 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 (메타)아크릴계 수지는 (메타)아크릴계 단량체를 주성분으로 포함하는 것으로서, 당 기술분야에 알려진 재료라면 특별히 한정되지 않으나, 예컨대, 알킬메타크릴레이트계 단량체 또는 알킬메타크릴레이트계 단량체를 포함하는 공중합체일 수 있다. 이때, 상기 알킬메타크릴레이트계 단량체는 알킬메타크릴레이트뿐만 아니라 알킬메타크릴레이트의 유도체를 포함한다.
구체적으로, 상기 (메타)아크릴계 수지는 알킬메타크릴레이트계 단량체; 알킬메타크릴레이트계 단량체의 단독 중합체; 또는 방향족 비닐계 단량체, 아크릴로니트릴계 단량체, 스티렌계 단량체, 페닐말레이미드계 단량체 및 산 무수물 중 1종 이상과 알킬메타크릴레이트계의 단량체를 중합하여 형성된 공중합체를 포함한다. 보다 구체적으로, 상기 (메타)아크릴계 수지는 알킬메타크릴레이트계 단량체의 단독 중합체를 포함한다.
본 명세서에 있어서 "단량체"란 중합체에 포함되는 반복되는 구조를 의미한다. 즉, "단량체"란 중합 반응에 의해서 중합체 내에서 2가기 이상의 형태로 포함되는 구조를 의미할 수 있다.
본 명세서에 있어서, "유도체"는 화합물의 일부를 화학적으로 변화시켜서 얻어지는 유사한 화합물로, 화합물 중의 수소 원자 또는 특정 원자단이 다른 원자 또는 원자단에 의하여 치환된 화합물을 의미한다.
본 명세서에 있어서, "공중합체"는 단량체로 언급된 요소가 중합되어 공중합체 수지 내에서 반복 단위로서 포함되는 것을 의미한다. 상기 공중합체는 블록 공중합체 또는 랜덤 공중합체일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에서 공중합체에 포함되는 단량체를 언급하는 경우에도, 언급된 단량체만을 포함하는 것으로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적을 벗어나지 않는 범위 내에서, 상기 언급된 단량체 외에 다른 단량체를 공단량체로 추가로 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 알킬메타크릴레이트계 단량체의 알킬 부(moiety)는 치환 또는 비치환된 알킬기이거나 시클로알킬기일 수 있고, 이때, 알킬 부의 탄소수는 1 내지 10 정도인 것이 바람직하며, 1 내지 6인 것이 더욱 바람직하고, 메틸기 또는 에틸기인 것이 가장 바람직하다. 구체적으로 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 이소프로필메타크릴레이트, n-부틸메타크릴레이트, t-부틸메타크릴레이트, 히드록시에틸메타크릴레이트, 이소보닐메타크릴레이트 및 시클로헥실메타크릴레이트로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 스티렌계 단량체는 치환되지 않은 스티렌 단량체 또는 치환된 스티렌 단량체일 수 있다. 상기 치환된 스티렌 단량체는 벤젠고리 또는 비닐기에 지방족 탄화수소 또는 헤테로 원자를 포함하는 치환기로 치환된 스티렌일 수 있다. 예를 들면, 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-클로로스티렌, 4-클로로스티렌, 2,4-디클로로스티렌, 2,6-디클로로스티렌, 옥타클로로스티렌, 2-브로모스티렌, 3-브로모스티렌, 4-브로모스티렌, 2,4-디브로모스티렌, α-브로모스티렌 및 β-브로 모스티렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 페닐말레이미드계 단량체는 예컨대, 페닐말레이미드, 니트로페닐 말레이미드, 모노클로로페닐 말레이미드, 디클로로페닐 말레이미드, 모노메틸페닐 말레이미드, 디메틸페닐 말레이미드 및 에틸메틸페닐 말레이미드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 (메타)아크릴계 수지는 폴리메틸메타크릴레이트일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 고무탄성체는 메타크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(MBS)계 탄성체, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS)계 탄성체, 아크릴로니트릴-에틸렌-프로필렌-디엔-스티렌(AES)계 탄성체, 아크릴로니트릴-스티렌-부틸아크릴레이트(ASA)계 탄성체, 에틸렌-프로필렌-디엔 삼원공중합체(EPDM)계 탄성체, 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS)계 탄성체, 스티렌-이소프렌-스티렌(SIS)계 탄성체, 스티렌-부타디엔(SB)계 탄성체, 스티렌-이소프렌계 고무 탄성체, 에틸렌-비닐아세테이트(EVA)계 탄성체, 에틸렌-에틸아크릴레이트(EEA)계 탄성체, 에틸렌-비닐알코올(EVOH) 공중합체 탄성체, 염화 에틸렌(CPE)계 탄성체, 실리콘계 고무 탄성체, 아크릴-실리콘계 고무 탄성체, 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT)계 탄성체, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)계 탄성체 및 나일론계 탄성체로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 위상차 조절제는 당업계에서 사용하는 것이라면 제한 없이 사용 가능하며, 예컨대, 스티렌계 수지를 사용할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 스티렌계 수지는 스티렌계 단량체의 단독중합체; 무수 말레인산 단량체와 스티렌계 단량체가 중합하여 형성된 공중합체; 이미드화 무수 말레인산 단량체와 스티렌계 단량체를 중합하여 형성된 공중합체; 또는 스티렌계 단량체를 아크릴계 단량체로 이루어진 중합체와 블랜딩한 물질을 포함한다.
또한, 상기 스티렌계 단량체는 치환 또는 비치환된 스티렌 화합물을 의미하며, 예를 들어 스티렌, α-메틸 스티렌, 디메킬스티렌, t-부틸스티렌 등을 들 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
보다 구체적으로, 상기 위상차 조절제는 스티렌-무수말레산 공중합체(SMA), 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체(SAN), α-메틸스티렌-아크릴로니트릴 공중합체 또는 말레산 무수물(Maleic Anhydride(SMA))일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 광학 필름은 광학 필름 총 중량을 기준으로, (메타)아크릴계 수지 45 중량% 내지 95 중량%; 고무탄성체 2 중량% 내지 30 중량%; 및 위상차 조절제 2 중량% 내지 50 중량%를 포함한다.
보다 구체적으로, 상기 광학 필름은 광학 필름 총 중량을 기준으로, (메타)아크릴계 수지 50 중량% 내지 95중량%; 고무탄성체 3 중량% 내지 25 중량%; 및 위상차 조절제 3 중량% 내지 40 중량% 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 광학 필름의 충격에너지 값은 400 kN·m/m3 이상이다. 상기 충격 에너지가 낮을 경우, 필름 제조시에는 파단이 발생할 수 있으며, 편광판 재단시에는 크랙(crack)이 발생할 수 있다. 따라서, 상기 충격 에너지는 높을수록 바람직하며, 그 상한은 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 2,000 kN·m/m3 이하일 수 있다.
상기 충격 에너지는 낙하 충격 실험을 통해 구할 수 있다. 구체적으로, 상기 충격 에너지는 위치 에너지(potential energy)를 필름 부피로 나눔으로써 구할 수 있다. 이때, 위치 에너지는 (중력 가속도 x 낙구 볼 무게 x 낙구 높이)이며, 필름 부피는 (필름 두께 x 측정 면적)으로 계산한다. 즉, 상기 충격 에너지는 (중력 가속도 x 낙구 볼 무게 x 낙구 높이)/(필름 두께 x 측정 면적)을 통해 계산 가능하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 낙구 볼 무게는 10g 내지 100g이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 낙구 높이는 50mm 내지 1,500mm이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 필름 두께는 20μm 내지 100μm이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 측정 면적은 2,500mm2 내지 10,000mm2(필름 직경: 50mm 내지 100mm)이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 광학 필름은 편광자 보호 필름일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 광학 필름은 두께가 20㎛ 내지 100㎛, 바람직하게는 40㎛ 내지 80㎛이다. 본 명세서에 따르면, 광학 필름이 상기와 같은 두께를 가짐으로써 별도의 코팅층을 포함하는 필름에 비하여 박형화가 가능하며, 컬이나 크랙 발생 없이 고경도의 광학 필름을 제공할 수 있다. 구체적으로, 상기 광학 필름의 두께가 20㎛ 미만일 경우에는 필름의 취급성이 불량하여 제조 공정 및 제품의 취급 과정에서 꺾임, 파단 등이 발생하는 문제가 있으며, 80㎛를 초과할 경우에는 편광판의 박형화가 불가능한 문제가 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 광학 필름은 400nm 내지 800nm의 파장범위에서 광 투과율이 80% 이상일 수 있다. 또한, 상기 광학 필름의 탁도(haze)는 2% 이하일 수 있다. 만약 상기 광학 필름의 직진 투과율 및 탁도가 각각 80% 미만, 2% 이상일 경우, 이로부터 제조된 액정표시장치의 휘도가 감소하는 문제점이 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 광학 필름은 이축 연신된 것이다.
본 명세서의 일 실시상태는 수지 조성물을 이용하여 필름 형태로 제조하는 단계; 및
상기 필름을 이축 연신하는 단계를 포함하는 광학 필름 제조방법에 있어서,
상기 연신하는 단계는 기계방향(MD)으로 1.2배 내지 2배, 폭방향(TD)으로 2.4배 내지 5배 조건으로 연신되고,
상기 폭방향(TD) 연신배율/ 기계방향(MD) 연신배율은 2 이상인 것인 광학 필름의 제조방법을 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 광학 필름은 상기 TD 연신배율/MD 연신배율이 2 이상을 만족함으로써, +B 위상차 특성을 나타낸다.
+B 위상차 필름의 경우, +C 위상차 필름과는 상이하게, 액정과 광축이 일치한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 "+C 위상차"란 nx = ny nz의 굴절율 분포를 가지면서, 양의 Rth 값을 갖는 갖는 것을 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 수지 조성물은 수지 조성물 총 중량을 기준으로 (메타)아크릴계 수지 45 중량% 내지 95 중량%; 고무탄성체 2 중량% 내지 30 중량%; 및 위상차 조절제 2 중량% 내지 50 중량%를 포함한다.
보다 구체적으로, 상기 수지 조성물은 수지 조성물 총 중량을 기준으로, (메타)아크릴계 수지 50 중량% 내지 95 중량%; 고무탄성체 3 중량% 내지 25 중량%; 및 위상차 조절제 3 중량% 내지 40 중량% 포함한다.
이때, (메타)아크릴계 수지, 고무탄성체 및 위상차 조절제는 광학 필름에서 전술한 바와 동일하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 고무탄성체가 2 중량% 내지 30 중량% 범위로 포함될 경우, 인성 개선의 효과가 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 위상차 조절제가 2 중량% 내지 50 중량%로 포함될 경우, 적합한 위상차를 발현하는 효과가 있다.
즉, 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 광학 필름은 (메타)아크릴계 수지 45 중량% 내지 95 중량%; 고무탄성체 2 중량% 내지 30 중량%; 및 위상차 조절제 2 중량% 내지 50 중량%를 포함하는 수지 조성물로부터 필름 형태로 제조된 후 이축 연신된 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 수지 조성물을 필름 형태로 제조하는 단계는 용액 캐스터법이나 압출법과 같은 당해 기술 분야에 잘 알려진 방법에 따라 진행될 수 있다. 경우에 따라 필름 제조 공정 시에, 필름의 물성을 해하지 않는 범위 내에서 개량제와 같은 첨가제를 추가로 첨가할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 수지 조성물은 전술한 성분들 외에도 광개시제, 계면활성제, 산화방지제, UV 안정제, 레벨링제, 방오제 등 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 사용되는 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 또한, 상기 수지 조성물이 전술한 첨가제를 포함할 경우, 그 함량은 광학 필름을 형성하기 위한 조성물의 물성을 저하시키지 않는 범위 내에서 다양하게 조절할 수 있으며, 예컨대, (메타)아크릴계 수지 100 중량부 대비 0.1 중량부 내지 10 중량부로 포함될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 연신은 기계방향(MD)으로 1.2배 내지 2배, 폭방향(TD)으로 2.4배 내지 5배의 이축 연신으로 수행된다. 보다 구체적으로, 상기 연신은 기계방향으로 1.2배 내지 1.8배, 폭방향(TD)으로 3.5내지 5배의 이축 연신으로 수행된다. 연신비가 폭방향으로 2.4배 미만인 경우에는 필름의 인성이 저하되어 편광판에 적용이 어려운 문제가 있으며, 폭방향으로 5배를 초과하는 경우는 연신 과정에서 필름의 파단으로 인해 안정적인 필름 생산이 불가능한 문제가 있다.
본 명세서에 있어서 “기계방향(Machine Direction, MD)”은 필름의 연속 제조시 진행방향에 해당하는 길이 방향이며, “폭방향(Transverse Direction, TD)”은 MD방향의 수직방향을 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 연신은 기계방향(MD) 및 폭방향(TD) 중 어느 한 쪽을 먼저 연신한 후에 다른 방향으로 연신할 수도 있고, 두 방향을 동시에 연신할 수도 있다. 또한, 상기 연신은 한 단계로 수행될 수도 있고, 다단계에 걸쳐 이루어질 수도 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 연신은 상기 광학 필름을 제조하기 위한 수지 조성물의 유리전이온도를 Tg라 할 때, (Tg-20)℃ 내지 (Tg+30)℃에서 수행되는 것이 바람직하며, 바람직하게는 Tg℃ 내지 (Tg+20)℃, 보다 바람직하게는 (Tg+5)℃ 내지 (Tg+20)℃의 온도에서 수행된다. 구체적으로, 상기 연신은 90℃ 내지 160℃에서 수행될 수 있다. 보다 구체적으로, 120℃ 내지 150℃에서 수행될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 광학 필름의 Tg는 110℃ 내지 130℃일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 수지 조성물의 유리전이온도는 시차주사형 열량계(DSC)에 의해 측정될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 연신은 일 방향으로 10%/min 내지 20,000%/min, 바람직하게는 100%/min 내지 10,000%/min의 연신 속도 범위에서 수행된다. 연신 속도가 10%/min 미만일 경우에는 충분한 연신 배율을 얻기 위해 시간이 오래 소요되어, 제조 비용이 높아질 우려가 있다. 연신 속도가 20,000%/min을 초과하면 연신 필름의 파단 등이 일어날 우려가 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 연신은 롤 연신기 또는 텐더형 연신기와 같은 공지된 연신 장치를 비롯하여 필름의 연신을 행할 수 있는 장치라면 제한 없이 사용 가능하다.
본 명세서의 일 실시상태는 편광자; 및 상기 편광자의 적어도 일면에 구비된 전술한 실시상태들에 따른 광학 필름을 포함하는 편광판을 제공한다.
이때, 상기 광학 필름은 편광자의 양면에 부착되어도 되고, 일면에만 부착되어도 된다. 상기 광학 필름이 편광자의 일면에만 부착될 경우, 타면에는 필요에 따라 당기술분야에 알려져 있는 보호 필름을 구비시킬 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 상기 광학 필름은 편광자의 일면 또는 양면에 직접 부착되거나, 편광자의 양면에 보호 필름이 부착된 편광판의 보호 필름 상에 부착되어, 보호 필름 또는 위상차 필름으로 유용하게 사용될 수 있다.
상기 광학 필름을 편광자의 일면 또는 양면에 직접 부착시키는 경우, 예를 들어, 그 구조는 상 보호 필름/편광자/광학 필름, 광학 필름/편광자/하 보호 필름, 광학 필름/상 보호 필름/편광자/하 보호 필름 또는 상 보호 필름/편광자/하 보호 필름/광학 필름 일 수 있다.
도 1에는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 편광판을 나타내었다. 구체적으로, 편광자의 양면에 광학 필름이 부착된 경우를 예시한 도이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 편광자로는 당 기술분야에 알려져 있는 것을 제한되지 않고 사용할 수 있으며, 예컨대 요오드 또는 이색성 염료를 포함하는 폴리비닐알콜(이하 '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 광학 필름을 포함하지 않는 상태를 의미하며, 편광판은 편광자와 광학 필름을 포함하는 상태를 의미한다.
상기 편광자와 광확 필름의 부착은 당 기술분야에 잘 알려져 있는 필름의 합지 방법을 통해 수행될 수 있다. 예컨대, 롤코터, 그라비아 코터, 바 코터, 나이프 코터 또는 캐필러리 코터 등을 사용하여 광학 필름 또는 편광자의 표면에 접착제를 코팅한 후, 광학 필름과 편광자를 합지 롤로 가열 합지하거나, 상온 압착하여 합지하는 방법에 의해 수행될 수 있다.
상기 접착제로는 당 기술분야에서 사용되는 물질이라면 제한 없이 사용가능하며, 예를 들면, 수계 접착제, 열경화성 접착제, 자외선 경화형 접착제 등이 사용될 수 있다. 구체적으로, 폴리비닐알코올계 접착제, 폴리우레탄계 접착제, 아크릴계 접착제 등이 제한 없이 사용 가능하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 편광판의 전체 두께는 45㎛이상, 예를 들어 45㎛ 내지 250㎛, 또는 50㎛ 내지 120㎛, 또는 50㎛ 내지 100㎛가 될 수 있다. 본 명세서에 따르면, 편광판에 전술한 광학 필름을 적용함으로써, 박형의 두께를 가지면서도 컬이나 크랙 발생 없이 고경도를 달성할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 편광판은 TN(Twisted Nematic), 또는 STN(Super Twisted Nematic) 액정용 편광판일 수 있으며, IPS(In-Plane Switching), Super-IPS, 또는 FFS(Fringe Field Switching) 등의 수평배향모드용 편광판일 수도 있고, 수직배향모드용 편광판일 수도 있다.
본 명세서의 일 실시상태는 표시 패널; 및 상기 표시 패널의 일면 또는 양면에 부착되어 있는 전술한 편광판을 포함하는 화상표시장치를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 표시 패널은 액정 패널 또는 유기발광 패널일 수 있으며, 이에 따라, 상기 화상 표시장치는 액정표시장치(LCD) 또는 전계발광장치(LED) 일 수 있다.
구체적으로, 상기 화상표시장치는 액정 패널 및 이 액정 패널의 양면에 각각 구비된 편광판들을 포함하는 액정표시장치일 수 있으며, 이때, 상기 편광판 중 적어도 하나가 전술한 본 명세서의 일 실시상태에 따른 편광판일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 액정표시장치는 액정 셀 및 상기 액정 셀의 양면에 각각 구비된 상부 편광판 및 하부 편광판을 포함하는 것일 수 있으며, 상기 광학 필름은 상기 액정 셀과 상기 상부 편광판 및/또는 하부 편광판 사이에 위상차 필름 또는 보호 필름으로써 구비될 수 있다. 즉, 상부 편광판과 액정 셀 사이, 하부 편광판과 액정 셀 사이, 또는 상부 편광판과 액정 셀 사이와 하부 편광판과 액정 셀 사이 모두에 광학 필름이 하나 또는 2 이상 구비될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 광학 필름은 보호 필름으로써, 액정셀과 하부 편광판 및/또는 액정셀과 상부 편광판 사이에 구비된다. 이 경우, 특히 파단이 생기거나 크랙이 생기는 문제를 해결할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 액정표시장치에 포함되는 액정 패널의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 공지된 패널이 모두 적용될 수 있다. 또한, 액정표시장치를 구성하는 기타 구성, 예를 들면, 상부 및 하부 기판(예를 들어, 컬러 필터 기판 또는 어레이 기판) 등의 종류 역시 특별히 제한되지 않고, 이 분야에 공지되어 있는 구성이 제한 없이 채용될 수 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.
조성물 총 중량 기준으로, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 수지 90wt%, 위상차 조절제(Denka 社 SMA) 5wt% 및 고무 탄성체(Mitsubishi Chemical Coropration, MCC 社 고무 탄성체)를 5wt%를 포함하는 조성물을 압출하여 원단 시트(sheet)를 제작하였다. 그 후, 유리전이온도인 118℃ 보다 20℃ 높은 138℃에서 MD 방향으로 1.5배 연신하고, 동일한 온도에서 TD 방향으로 4.3배 연신하여 광학 필름을 제조하였다.
실시예 2.
조성물 총 중량 기준으로, PMMA 수지 80wt%, 위상차 조절제 10wt% 및 고무 탄성체 10wt%를 포함하는 조성물을 압출하여 원단 시트(sheet)를 제작하였다. 그 후, 유리전이온도인 119℃ 보다 15℃ 높은 134℃에서 MD 방향으로 1.4배 연신하고, 동일한 온도에서 TD 방향으로 4.3배 연신하여 광학 필름을 제조하였다.
실시예 3.
조성물 총 중량 기준으로, PMMA 수지 60wt%, 위상차 조절제 20wt% 및 고무 탄성체 20wt%를 포함하는 조성물을 압출하여 원단 시트(sheet)를 제작하였다. 그 후, 유리전이온도인 123℃ 보다 20℃ 높은 143℃에서 MD 방향으로 1.5배 연신하고, 동일한 온도에서 TD 방향으로 4.3배 연신하여 광학 필름을 제조하였다.
실시예 4.
조성물 총 중량 기준으로, PMMA 수지 60wt%, 위상차 조절제 30wt% 및 고무 탄성체 10wt%를 포함하는 조성물을 압출하여 원단 시트(sheet)를 제작하였다. 그 후, 유리전이온도인 126℃ 보다 15℃ 높은 141℃에서 MD 방향으로 1.4배 연신하고, 동일한 온도에서 TD 방향으로 4.3배 연신하여 광학 필름을 제조하였다.
비교예 1.
상기 실시예 1에서, 고무 탄성체를 사용하지 않고, PMMA를 95wt%, 위상차 조절제를 5wt% 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
비교예 2.
상기 실시예 2에서, 고무 탄성체를 사용하지 않고, PMMA를 90wt%, 위상차 조절제를 10wt% 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 제조하였다.
비교예3.
상기 실시예 3에서, 고무 탄성체를 사용하지 않고, PMMA를 80wt%, 위상차 조절제를 20wt% 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일하게 제조하였다.
비교예 4.
상기 실시예 4에서, 고무 탄성체를 사용하지 않고, PMMA를 70wt%, 위상차 조절제를 30wt% 사용한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일하게 제조하였다.
비교예 5.
조성물 총 중량 기준으로, PMMA 수지 90wt% 및 위상차 조절제 10wt%를 포함하는 조성물을 압출하여 원단 시트(sheet)를 제작하였다. 그 후, 유리전이온도인 119℃ 보다 15℃ 높은 134℃에서 MD 방향으로 1.8배 연신하고, 동일한 온도에서 TD 방향으로 2.4배 연신하여 광학 필름을 제조하였다.
비교예 6.
조성물 총 중량 기준으로, PMMA 수지 80wt%, 위상차 조절제 10wt% 및 고무 탄성체 10wt%를 포함하는 조성물을 압출하여 원단 시트(sheet)를 제작하였다. 그 후, 유리전이온도인 119℃ 보다 15℃ 높은 134℃에서 MD 방향으로 1.8배 연신하고, 동일한 온도에서 TD 방향으로 2.4배 연신하여 광학 필름을 제조하였다.
실험예 1. 인장강도 측정
인장강도 측정은 UTM(Zwick)을 이용하여 측정하였으며, 측정 샘플은 JIS K6251-1 기준에 맞게 제작하였다. 측정시 샘플을 지지하는 그립(grip)간의 간격은 70mm이며 샘플의 폭은 10mm이었다. 150mm/min의 속도로 MD방향 또는 TD방향으로 인장을 하며 측정된 Stress-Strain Curve에서 최대 인장 강도를 표 1에 나타내었다.
실험예 2. 충격에너지 측정
상기 제조된 필름을 원형의 구멍이 뚫려있는 금속 판 사이에 고정시킨 후, 15g 금속 볼을 일정 높이에서 자유 낙하시켜 필름이 파괴되지 않는 최대 높이에서의 위치에너지를 필름의 부피로 나누어 단위 부피당 에너지로 계산하여 충격 에너지를 측정하였다. 구체적으로, (중력 가속도 x 낙구 볼 무게 x 낙구 높이)/(필름 두께 x 측정 면적)을 통하여 충격 에너지를 측정하였다. 상기 측정 시 사용한 낙구 볼 무게는 15g, 필름 두께는 약 40μm, 측정 면적은 4500mm2이었다.
상기 실시예 1 내지 4에서 제조된 광학 필름의 특성 평가 결과를 하기 표 1에, 비교예 1 내지 6에서 제조된 광학 필름의 특성 평가 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
수지 조성
(wt%)		 PMMA 90 80 60 60
위상차 조절제 5 10 20 30
고무 탄성체 5 10 20 10
유리전이 온도(℃) 118 119 123 126
연신 조건 MD 연신비 (배) 1.5 1.4 1.5 1.4
TD 연신비 (배) 4.3 4.3 4.3 4.3
TD 연신배율
/MD 연신배율		 2.9 3.1 2.9 3.1
연신 온도 (℃) Tg+20 Tg+15 Tg+20 Tg+15
필름 물성
 MD방향 인장강도 80 82 73 81
TD방향 인장강도 91 94 84 93
Re (nm) 17 34 43 66
Rth (nm) 21 50 63 100
충격 에너지
(kN·m/m3)		 405 581 817 563
위상차 +B +B +B +B
비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예
5		 비교예
6
수지 조성
(wt%)		 PMMA 95 90 80 70 90 80
위상차 조절제 5 10 20 30 10 10
고무 탄성체 - - - - - 10
유리전이 온도(℃) 118 119 123 126 119 119
연신 조건 MD 연신비 (배) 1.5 1.4 1.5 1.4 1.8 1.8
TD 연신비 (배) 4.3 4.3 4.3 4.3 2.4 2.4
TD 연신배율
/MD 연신배율		 2.9 3.1 2.9 3.1 1.3 1.3
연신 온도 (℃) Tg
+20		 Tg
+15		 Tg
+20		 Tg
+15		 Tg
+15		 Tg
+15
필름 물성
 MD방향 인장강도 85 90 85 89 90 84
TD방향 인장강도 96 102 95 101 89 82
Re (nm) 15 30 55 55 0 0
Rth (nm) 24 44 83 83 32 36
충격 에너지
(kN·m/m3)		 235 229 227 237 415 805
위상차 +B +B +B +B +C +C
실시예 1 내지 4의 경우, 충격 에너지 값이 400 kN·m/m3 이상인 것에 비하여, 비교예 1 내지 4는 충격 에너지 값이 300 kN·m/m3 이하를 나타내고 있다. 이로부터, 본 명세서의 일 실시상태는 고무탄성체를 포함함으로써 충격 에너지 값이 향상된 것을 확인할 수 있다.
한편, 실시예 1 내지 4의 경우, +B 위상차 특성을 나타내는 것에 비하여, 비교예 5 및 6의 경우, +C 위상차 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 이로부터, TD 연신배율/MD 연신배율이 2 이상이 되어야 +B 위상차 특성을 나타낼 수 있음을 확인할 수 있다.
10: 광학 필름
20: 편광자

Claims (10)

  1. (메타)아크릴계 수지;
    고무탄성체; 및
    위상차 조절제를 포함하고,
    파장 550nm에서 하기 식 (1)로 표시되는 면 방향 위상차가 10nm 내지 70nm이고, 하기 식 (2)로 표시되는 두께 방향 위상차가 20nm 내지 140nm이며,
    충격 에너지 값이 400 kN·m/m3 이상이고,
    +B 위상차 특성을 나타내는 광학 필름:
    식 (1): Re = (nx-ny) x d
    식 (2): Rth = (nz-ny) x d
    상기 식 (1) 및 (2)에 있어서, Re은 면 방향 위상차이고, Rth는 두께 방향 위상차이며, d는 필름 두께이고, nx, ny 및 nz는 각각 파장 550nm에서 측정된 x 방향 굴절율, y 방향 굴절율 및 z 방향 굴절율이다.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 광학 필름은 광학 필름 총 중량을 기준으로
    (메타)아크릴계 수지 45 중량% 내지 95 중량%;
    고무탄성체 2 중량% 내지 30 중량%; 및
    위상차 조절제 2 중량% 내지 50 중량%를 포함하는 것인 광학 필름.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 광학 필름은 이축 연신된 것인 광학 필름.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 연신은 폭방향(TD) 연신 배율/기계방향(MD) 연신 배율이 2 이상인 것인 광학 필름.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 광학 필름은 편광자 보호 필름인 것인 광학 필름.
  7. 수지 조성물을 이용하여 필름 형태로 제조하는 단계; 및
    상기 필름을 이축 연신하는 단계를 포함하는 광학 필름 제조방법에 있어서,
    상기 연신하는 단계는 기계방향(MD)으로 1.2배 내지 2배, 폭방향(TD)으로 2.4배 내지 5배 조건으로 연신되고,
    상기 폭방향(TD) 연신 배율/기계방향(MD) 연신 배율은 2 이상인 것인 광학 필름의 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 수지 조성물은 수지 조성물 총 중량을 기준으로
    (메타)아크릴계 수지 45 중량% 내지 95 중량%;
    고무탄성체 2 중량% 내지 30 중량%; 및
    위상차 조절제 2 중량% 내지 50 중량%를 포함하는 것인 광학 필름의 제조방법.
  9. 편광자; 및
    상기 편광자의 적어도 일면에 구비된 청구항 1 및 3 내지 6 중 어느 한 항에 따른 광학 필름을 포함하는 편광판.
  10. 표시 패널; 및
    상기 표시 패널의 일면 또는 양면에 부착되어 있는 청구항 9에 따른 편광판을 포함하는 화상표시장치.
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