KR102385161B1 - 복합편광필름, 이의 제조방법, 이를 포함하는 광원 어셈블리 및 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복합편광필름에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 디스플레이용 모듈을 구성하는 내 별개의 부품이 일체화되어 구현됨으로써 부품 개수를 줄이고, 조립공정을 단순화할 수 있는 동시에 휘도를 감소시키지 않는 복합편광필름, 이의 제조방법, 이를 포함하는 광원 어셈블리 및 액정표시장치에 관한 것이다.

Description

복합편광필름, 이의 제조방법, 이를 포함하는 광원 어셈블리 및 액정표시장치{Complex polarizing film, method for manufacturing thereof, light source assembly comprising the same, and display comprising the same}
본 발명은 복합편광필름에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 디스플레이용 모듈을 구성하는 내 별개의 부품이 일체화되어 구현됨으로써 부품 개수를 줄이고, 조립공정을 단순화할 수 있는 동시에 휘도를 감소시키지 않는 복합편광필름, 이의 제조방법, 이를 포함하는 광원 어셈블리 및 액정표시장치에 관한 것이다.
평판디스플레이 기술은 TV분야에서 이미 시장을 확보한 액정디스플레이(LCD), 프로젝션 디스플레이 및 플라즈마 디스플레이(PDP)가 주류를 이루고 있고, 또 전계방출디스플레이(FED)와 전계발광디스플레이(ELD)등이 관련기술의 향상과 더불어 각 특성에 따른 분야를 점유할 것으로 전망된다. 액정 디스플레이는 현재 노트북, 퍼스널 컴퓨터 모니터, 액정 TV, 자동차, 항공기 등 사용범위가 확대되고 있으며 평판시장의 80%가량을 차지하고 있고 세계적으로 LCD의 수요가 급증해 현재까지 호황을 누리고 있다.
종래의 액정 디스플레이는 한 쌍의 흡광성 광학필름들 사이에 액정 및 전극 매트릭스를 배치한다. 액정 디스플레이에 있어서, 액정 부분은 두 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정부분을 움직이게 함으로써, 이에 따라 변경되는 광학 상태를 가지고 있다. 이러한 처리는 정보를 실은 '픽셀'을 특정 방향의 편광을 이용하여 영상을 표시한다. 이러한 이유 때문에, 액정 디스플레이는 편광을 유도하는 광학필름을 포함한다.
상기 편광을 유도하는 광학필름으로써, 백라이트로부터 발사되는 광의 이용효율을 향상시키기 위하여 단순히 목적하는 편광을 분리시키는 기능을 넘어서 목적하지 않는 편광을 목적하는 편광으로 재이용할 수 있는 광학필름이 개발되고 있으며, 그 일예가 반사편광필름이다.
도 1은 반사편광필름의 광학원리를 도시하는 도면이다. 구체적으로 광학캐비티로부터 액정어셈블리로 향하는 빛 중 P편광은 반사편광필름을 통과하여 액정어셈블리로 전달되도록 하고, S편광은 반사편광필름에서 광학캐비티로 반사된 다음 광학캐비티의 확산반사면에서 빛의 편광 방향이 무작위화된 상태로 반사된 후 다시 반사편광필름으로 전달되는 사이클을 반복함으로써, 결국에는 S편광이 액정어셈블리의 편광기를 통과할 수 있는 P편광으로 변환되어 반사편광필름을 통과한 후 액정어셈블리로 전달되도록 하는 것이다.
위와 같은 기능을 발현하는 반사편광필름의 경우 그 예시로 광학적 이방성 굴절률을 갖는 평판상의 광학층과 광학적 등방성 굴절률을 갖는 평판상의 광학층이 상호 교호 적층된 다층형 반사편광필름, 특정 방향의 나선형 콜레스테릭 액정을 포함하는 콜레스테릭 액정형 반사편광필름, 광학적 등방성 또는 광학적 이방성 굴절률을 갖는 연속상 내부에 광학적 이방성 또는 광학적 등방성 굴절률을 갖는 불연속상을 포함하는 폴리머 분산형 반사편광필름, 등방성 기재 내부에 복굴절성 해도사를 포함하는 해도사 분산형 반사편광필름, 와이어-그리드 타입의 반사편광필름 등이 있다.
한편, 반사편광필름을 투과한 광은 모두 목적하는 특정 방향의 편광이 아니며, 일부 다른 방향의 편광이 섞여있을 수 있다. 만일 다른 방향의 편광이 직접 액정셀과 같은 표시소자로 입사할 경우 상기 다른 방향의 편광은 영상을 표시하기 위해 제어되는 액정셀에 영향을 벗어나 디스플레이의 패널 밖으로 출사될 수 있으며, 영상을 표시하기 위하여 출사된 광과 함께 출사된 다른 방향의 편광은 시현되는 영상의 품질을 저하시킬 수 있는 문제가 있을 수 있다. 이를 방지하고자 상/하로 배치되는 투명지지체 사이에 위치하는 액정폴리머로 구현되는 통상적인 액정셀의 광원장치 방향의 일면에 흡수편광필름이 배치된다.
그러나 디스플레이를 구현함에 구비되는 서로 다른 기능의 광학필름의 개수 증가는 디스플레이 조립공정의 시간을 연장시키고, 생산비용을 저하시키는 문제가 있다. 또한, 광학필름 간 사이에 존재하는 공기층은 필름과 공기층 간에 광학적 계면을 형성시킴에 따라서 광손실을 유발할 수 있는 문제가 있다.
대한민국 공개특허공보 제2011-0053119호
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 디스플레이의 부품으로 소요되는 광학필름의 개수를 줄여 조립공정을 용이하게 하는 동시에 이격된 광학필름 사이에 존재하는 공기층으로 인한 광손실을 최소화 할 수 있는 복합편광필름을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 보다 슬림화된 두께로 구현되어 최근의 박형화되는 디스플레이에 용이하게 채용될 수 있는 복합편광필름을 제공하는데 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 보다 용이한 제조공정으로 광 투과축이 실질적으로 일치하는 복합반사편광필름을 제조할 수 있는 제조방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
나아가, 본 발명에 따른 복합편광필름을 채용함으로써, 광이용효율이 증가하고, 부품수를 절감하고 조립공정을 단순화할 수 있는 광원어셈블리를 제공하는 것에 또 다른 목적이 있다.
더불어, 본 발명은 본 발명에 따른 백라이트유닛을 채용함으로써, 조립공정이 단순화되며, 휘도가 뛰어나고, 시야각이 넓으며, 보다 얇은 두께로 구현이 가능한 액정표시장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 제1방향의 투과축을 가지고, 제1방향과 수직한 제2방향의 반사축을 갖는 제1편광필름; 및 상기 제1편광필름의 일면에 인접하여 배치되며, 제1방향의 투과축을 가지고, 제1방향과 수직한 제2방향의 흡수축을 갖는 제2편광필름;을 포함하는 복합편광필름.을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제1섬유부 및 제2섬유부는 한 가닥 섬유의 서로 다른 일부분 및 서로 다른 섬유 가닥 각각의 일부분 중 어느 하나 이상일 수 있다.
또한, 상기 제1편광필름은 상기 코어층의 적어도 일면에 포함된 스킨층을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2편광필름은 요오드계 성분 및 이색성 염료 중 어느 하나 이상으로 염착된 편광층과 보호필름을 구비하고, 상기 보호필름은 제1편광필름에 대향하는 편광층 일면의 반대면에 구비되며, 제1편광필름에 대향하는 편광층 일면에는 보호필름이 구비되지 않을 수 있다.
또한, 상기 제1편광필름 및 제2편광필름의 사이에는 접합수단이 개재될 수 있다.
또한, 상기 분산체는 기재 내부에 랜덤하게 분산되며, 복수개의 분산체는 길이방향의 수직단면을 기준으로 종횡비가 1/10 ~ 1/2이며, 장축의 평균길이는 0.7 ~ 1.5㎛일 수 있다.
또한, 상기 기재와 분산체의 굴절률은 서로 직교하는 3개의 축 중 어느 2개의 축 방향에 대한 굴절율의 차이가 0.05 이하이고, 나머지 1개의 축방향에 대한 굴절율의 차이가 0.1 이상일 수 있다.
또한, 상기 제1편광필름은 적어도 하나의 축방향으로 연신된 필름일 수 있다.
또한, 상기 제1편광필름은 상기 코어층의 적어도 일면에 일체로 형성된 스킨층을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수개의 분산체 장축길이는 하기 수학식 1에 따른 장축길이에 대한 분산계수가 60 ~ 92%일 수 있다.
[수학식1]
Figure 112017032036556-pat00001
또한, 상기 복수개의 분산체 장축길이별 누적개수분포에서 D10에 대하여 D50의 비율이 1.6 ~ 2.4일 수 있다.
또한, 상기 D50은 0.5 ~ 0.9㎛일 수 있다.
또한, 상기 D10은 0.3㎛ 이상일 수 있다.
또한, 상기 제1방향은 TD 방향이고, 제2방향은 MD 방향일 수 있다.
또한, 본 발명은 제1방향의 투과축을 가지고, 제1방향과 수직한 제2방향의 반사축을 갖도록 연신시킨 제1편광필름을 준비하는 단계, 제1방향의 투과축을 가지고, 제1방향과 수직한 제2방향의 흡수축을 갖도록 연신된 제2편광필름을 준비하는 단계 및 상기 제1편광필름의 일면에 제2편광필름을 합지하여 복합편광필름을 제조하는 단계를 포함하는 복합편광필름 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시에에 의하면, 상기 제1편광필름은 MD 방향으로 연신되어 MD 방향의 반사축을 가지고, TD 방향의 투과축을 갖도록 제조된 후 제1롤에 권취되며, 상기 제2편광필름은 MD 방향으로 연신되어 MD 방향의 흡수축을 가지고, TD 방향의 투과축을 갖도록 제조되며, 상기 복합편광필름은 제1롤에서 권출되어 이송된 제1편광필름과 이송된 제2편광필름이 접착수단을 개재하여 접합된 후 제3롤에 권취되는 롤투롤(roll to roll) 공정을 통해 제조될 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 반사편광필름을 포함하는 광원 어셈블리를 제공한다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 광원 어셈블리를 포함하는 액정표시장치를 제공한다.
본 발명의 복합편광필름은 디스플레이의 부품으로 소요되는 광학필름의 개수를 줄여 조립공정을 용이하게 하는 동시에 이격된 광학필름 사이에 존재하는 공기층으로 인한 광손실을 최소화할 수 있다. 또한, 보다 슬림화된 두께로 구현되어 박형화된 디스플레이에 용이하게 채용될 수 있다. 또한, 종래의 설비변경 없이 롤투롤로 용이하게 제조할 수 있고, 대량생산이 가능하다. 나아가, 바람직한 일 실시예에 따른 복합편광필름은 시야각이 더욱 향상되면서 휘선보임 현상이 최소화되며, 빛샘에 따른 광손실의 최소화로 휘도가 우수하고, 가시광선 전 파장에서 편광특성이 뛰어나다. 이에 따라서 복합편광필름은 광원어셈블리와 같은 액정표시장치의 부품으로 널리 사용될 수 있으며, 이외에 유리창, 각종 편광조명 산업 전반에 응용될 수 있다.
도 1은 반사편광필름의 원리를 설명하는 개략도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 복합편광필름의 단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 포함되는 제1편광필름의 사시도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 포함되는 제1편광필름의 단면도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 포함되는 제1편광필름에 구비된 분산체의 단면도,
도 6은 도 1의 A 부분에 대한 부분확대도,
도 7은 도 1의 B 부분에 대한 부분확대도,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 반사편광필름의 제조공정에 사용되는 흐름제어부의 일종인 코트-행거 다이의 단면도,
도 9는 도 8의 측면도,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 포함되는 제2편광필름의 제조공정 모식도,
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 복합편광필름의 제조공정 모식도,
도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 액정 표시 장치의 단면도,
도 13은 본 발명의 일 실시예에 의한 액정표시장치의 분해사시도,
도 14는 본 발명의 일 실시예에 포함되는 제1편광필름의 일예인 판상형 폴리머 분산 반사편광필름의 제조공정 모식도,
도 15는 본 발명의 도 14에 따른 판상형 폴리머 분산 반사편광필름을 제조하기 위한 해도형 압출구금의 분해사시도,
도 16은 본 발명의 일 실시예에 포함되는 제1편광필름의 일예시인 판상형 폴리머 분산 반사편광필름의 단면도, 그리고
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사편광필름의 코어층 단면 SEM 사진이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다. 또한, 도면에 나타난 일 구성의 크기, 형상에 의해 본 발명이 제한되지 않는다. 일예로, 도 2 및 도 3에 도시된 복수개 분산체 개수와 각각의 크기는 본 발명을 설명하기 위한 예시일 뿐이며, 본 발명에 일 실시예에 따른 분산체 종횡비, 장축의 평균길이 등에 부합하도록 도시된 것이 아님을 밝힌다. 또한, 도 2의 일측면에 도시된 점선은 분산체의 장축이 방향을 대략적으로 설명한 것일 뿐, 도시되지 않은 기재 내부의 분산체 길이를 의미하지 않는다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시에에 의한 복합편광필름(1000)은 제1편광필름(100) 및 상기 제1편광필름(100)의 일면에 인접하여 배치되는 제2편광필름(200)을 포함하여 구현된다.
상기 제1편광필름(100)은 제1방향의 투과축을 가지고, 제1방향과 수직한 제2방향의 반사축을 갖는 편광필름으로써, 서로 직교하는 진동면을 갖는 제1편광 및 제2편광 중, 제1편광(또는 제2편광)은 투과하고 제2편광(또는 제1편광)은 반사하며, 일예로, 제1편광필름(100)을 투과하는 광은 P편광일 수 있고, 반사되는 광은 S편광일 수 있다.
상기 제1편광필름(100)은 이러한 편광특성을 발현하는 공지된 편광필름일 수 있으며, 반사편광필름일 수 있다. 상기 반사편광필름은 그 예시로 광학적 이방성 굴절률을 갖는 평판상의 광학층과 광학적 등방성 굴절률을 갖는 평판상의 광학층이 상호 교호 적층된 다층형 반사편광필름, 특정 방향의 나선형 콜레스테릭 액정을 포함하는 콜레스테릭 액정형 반사편광필름, 광학적 등방성 또는 광학적 이방성 굴절률을 갖는 연속상 내부에 광학적 이방성 또는 광학적 등방성 굴절률을 갖는 불연속상을 포함하는 폴리머 분산형 반사편광필름, 등방성 기재 내부에 복굴절성 해도사를 포함하는 해도사 분산형 반사편광필름, 와이어-그리드 타입의 반사편광필름 등이 있다.
다만, 다층형 반사편광필름은 제조가 용이하지 않고, 생산단가가 높으며, 접착층과 같은 광학적 특성을 감소시키거나 변경시킬 수 있는 층을 포함할 수 있다. 또한, 콜레스테릭 액정형 반사편광필름은 원편광을 선형편광으로 변형시키는 별도의 위상차 필름을 더 구비해야 되므로 박형화된 디스플레이에 좋지 못할 수 있다. 또한, 해도사 분산형 반사편광필름은 빛샘이나 휘선 보임의 문제가 현저하다. 나아가 와이어-그리드 타입의 반사편광필름은 그리드 간격의 해상도 문제가 있을 수 있다.
이에 바람직하게는 상기 제1편광필름(100)은 폴리머 분산형 반사편광필름일 수 있고, 구체적으로 도 3에 도시된 것과 같이 기재(111) 내부에 분산되며, 상기 기재(111)와 적어도 어느 하나의 축방향으로 굴절률이 상이한 분산체(112)를 포함하는 코어층(110)을 구비할 수 있고, 상기 코어층(110)의 적어도 일면에는 코어층(110)의 기계적 강도를 보완하기 위하여 스킨층(121,122)이 더 구비될 수 있다.
상기 기재(111)와 기재내부에 포함되는 분산체(112) 간에는 복굴절 계면이 형성될 수 있다. 구체적으로, 기재(111)와 분산체(112) 간의 공간상 X, Y 및 Z축에 따른 굴절률의 실질적인 일치 또는 불일치의 크기는 그 축에 따라 편광된 광선의 산란 정도에 영향을 미친다. 일반적으로, 산란능은 굴절률 불일치의 제곱에 비례하여 변화한다. 따라서, 특정 축에 따른 굴절률의 불일치의 정도가 더 클수록, 그 축에 따라 편광된 광선이 더 강하게 산란된다. 반대로, 특정 축에 따른 불일치가 작은 경우, 그 축에 따라 편광된 광선은 더 적은 정도로 산란된다. 어떤 축에 따라 기재의 굴절률이 분산체의 굴절률과 실질적으로 일치되는 경우, 이러한 축에 평행한 전기장으로 편광된 입사광은 분산체의 부분의 크기, 모양 및 밀도와 상관없이 산란되지 않고 분산체를 통과할 것이다. 또한, 그 축에 따른 굴절률이 실질적으로 일치되는 경우, 광선은 실질적으로 산란되지 않고 물체를 통해 통과한다. 보다 구체적으로, 제1편광(P편광)은 기재(111)와 분산체(112)의 경계에 형성되는 복굴절 계면에 영향을 받지 않고 투과되나, 제2편광(S편광)은 기재(111)와 분산체(112) 간의 경계에 형성되는 복굴절성 계면에 영향을 받아 광의 변조가 일어난다. 이를 통해 P편광은 투과되고 S편광은 광의 산란, 반사 등의 광의 변조가 발생하게 되어 결국 편광의 분리가 이루어지게 되는 것이다.
따라서, 상기 기재(111)와 분산체(112)는 복굴절 계면을 형성하여야 광변조 효과를 유발할 수 있으므로, 상기 기재(111)가 광학적 등방성인 경우, 분산체(112)는 복굴절성을 가질 수 있고, 반대로 상기 기재(111)가 광학적으로 복굴절성을 갖는 경우에는 분산체(112)는 광학적 등방성을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 분산체(112)의 x축 방향의 굴절율이 nX1, y축 방향의 굴절율이 nY1 및 z축 방향의 굴절율이 nZ1이고, 기재(111)의 굴절율이 nX2, nY2 및 nZ2일 때, nX1과 nY1 사이의 면내 복굴절이 발생할 수 있다. 더욱 바람직하게는 기재(111)와 분산체(112)의 X, Y, Z축 굴절율 중 적어도 어느 하나가 상이할 수 있으며, 보다 바람직하게는 신장축이 X축인 경우 Y축 및 Z축 방향에 대한 굴절율의 차이가 0.05 이하이고, X축향에 대한 굴절율의 차이가 0.1 이상일 수 있다. 한편 통상적으로 굴절율의 차이가 0.05 이하이면 정합으로 해석된다.
상기 기재(111)는 통상적인 폴리머 분산형 반사편광필름에서 사용되는 기재의 재질인 경우 제한 없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 코폴리에틸렌나프탈레이트(co-PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET),폴리카보네이트(PC), 폴리카보네이트(PC) 얼로이, 폴리스타이렌(PS), 내열폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리우레탄(PU),폴리이미드(PI),폴리비닐클로라이드(PVC), 스타이렌아크릴로니트릴혼합(SAN),에틸렌초산비닐(EVA), 폴리아미드(PA), 폴리아세탈(POM), 페놀, 에폭시(EP), 요소(UF), 멜라닌(MF), 불포화포리에스테르(UP), 실리콘(SI) 및 사이크로올레핀폴리머를 사용할 수 있으며 일예로, 폴리카보네이트(PC) 얼로이 일 수 있다.
상기 분산체(120)는 통상적으로 폴리머 분산형 반사편광필름에서 사용되는 분산체의 재질인 경우 제한없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 코폴리에틸렌나프탈레이트(co-PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리카보네이트(PC) 얼로이, 폴리스타이렌(PS), 내열폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리우레탄(PU),폴리이미드(PI),폴리비닐클로라이드(PVC), 스타이렌아크릴로니트릴혼합(SAN),에틸렌초산비닐(EVA), 폴리아미드(PA), 폴리아세탈(POM), 페놀, 에폭시(EP), 요소(UF), 멜라닌(MF), 불포화포리에스테르(UP), 실리콘(SI) 및 사이크로올레핀폴리머를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으며 일예로, PEN일 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 것과 같이 기재(110) 내 분산된 복수개의 분산체(121,122,123)는 종횡비가 1/10 ~ 1/2이며, 장축의 평균길이는 0.7 ~ 1.5㎛ 일 수 있다. 상기 종횡비는 도 5에 도시된 것과 같이 분산체 길이방향의 수직단면을 기준으로 장축(a)길이에 대한 단축(b)길이의 비율(b/a)을 의미한다. 분산체의 종횡비가 1/10 ~ 1/2를 만족함을 통해 원하는 광학적 물성을 달성할 수 있는데, 만일 종횡비가 1/10 미만일 경우 상대적 광학이득의 최대값을 갖는 시야각이 작아질 수 있으며, 이로 인하여 시야각 특성이 저하될 수 있는 등 목적하는 광학적 특성이 저하될 수 있다. 또한, 종횡비가 1/2를 초과하는 경우 시야각은 넓어질 수 있으나 전체적 휘도가 현저히 저하됨에 따라서 넓은 시야각을 갖는 의미가 없고, 제품으로 상용화되기 어려울 수 있는 등 목적하는 광학적 특성을 발현할 수 없을 수 있다.
또한, 상기 복수개의 분산체(121,122,123)는 장축(a)의 평균길이가 0.7 ~ 1.5㎛일 수 있는데, 만일 장축(a)의 평균길이가 0.7㎛ 미만인 경우 기재(110) 내부에 분포된 분산체(121,122,123) 간의 이격거리가 증가하고, 반사편광필름의 배면에 입사된 광이 광변조 되지 못하고 그대로 반사편광필름의 상면을 투과할 수 있으며, 이 경우 제2편광(S편광)의 재이용 기회가 제거됨에 따라서 광이용효율이 감소하고, 종국적으로 높은 휘도를 달성할 수 없을 수 있고, 빛샘이 발생할 수 있는 등 목적하는 광학적 특성을 달성할 수 없을 수 있다. 또한, 만일 장축(a)의 평균길이가 1.5㎛를 초과하는 경우 한정된 두께의 기재(110) 내부에 구비될 수 있는 분산체(121,122,123)의 개수가 현저히 적어질 수 있으며, 단축의 길이 조절이 어려워짐에 따라서 출사된 광의 편광도가 낮아지고, 휘선보임이 증가하며, 가시광선 전 파장 대에서 목적하는 수준으로 제1편광의 투과율과 제2편광의 반사율을 달성하기 어려울 수 있고, 일부 파장대에서는 목적하는 수준의 광학적 물성을 달성하지 못할 수 있다. 또한, 시야각이 현저히 좁아질 수 있는 문제가 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 빛샘 및 휘선보임을 현저히 감소시키고 시야각을 향상시키며 가시광선 전 파장대 영역에서 우수한 편광특성을 발현하기 위하여 상기 복수개의 분산체 장축길이는 평균길이가 0.7 ~ 1.5㎛를 만족함과 동시에 하기 수학식 1에 따른 장축길이에 대한 분산계수가 60 ~ 92%일 수 있다.
[수학식1]
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상기 수학식 1에 따른 장축길이에 대한 분산계수(%)란 복수개의 분산체에 대한 장축길이 분포도에서 장축길이별 각 분산체의 퍼짐정도를 나타내는 것으로써, 분산계수가 작을수록 각 분산체의 장축길이는 장축의 평균길이에 수렴하며, 분산계수가 클수록 각 분산체의 장축길이는 장축의 평균길이에 수렴하지 않고 넓게 퍼져 분포함을 의미한다. 만일 반사편광필름에 구비된 분산체 장축길이의 분산계수가 60% 미만일 경우 가시광선 파장대영역 중 어느 파장대영역에서 편광특성이 저하될 우려가 있다. 가시광선 파장대 영역 중 어느 파장대 영역에서 저하된 편광특성은 종국적으로 파장별 광투과율의 불균일을 야기하고, 이로 인하여 외관이 무지개 빛으로 컬러풀하거나 특정한 일색을 나타내는 우려가 있다. 또한, 광확산 특성이 저하되어 우수한 시야각을 발현하기 어려울 수 있다.
또한, 만일 분산체 장축길이의 분산계수가 92%를 초과할 경우 장축길이의 분포가 다양하고, 이로 인하여 각 분산체 단축길이의 조절이 용이하여 가시광선 전 영역에서 파장별로 광투과율의 균일성을 달성하기 유리할 수 있으나 경우에 따라서 빛샘, 휘선보임현상이 현저해 질 수 있는 우려가 있는 등 목적하는 광학적 특성을 달성하기 어려울 수 있다.
한편, 빛샘 및 휘선보임 현상의 보다 현저한 방지를 위하여, 분산체 장축길이별 누적개수분포에서 분포에서 D10인 분산체 장축길이에 대하여 D50인 분산체 장축길이의 비율이 1.6 ~ 2.4일 수 있다.
상기 DX의 의미는 분산체를 장축길이를 기준으로 최단 장축길이에서 최장 장축길이 순으로 장축길이별 누적개수분포곡선을 그렸을 때, 전체 분산체 개수의 X%에 해당하는 분산체의 장축길이를 의미한다. 예를들어, 전체 분산체 개수를 10개이고, 각각의 분산체 장축길이가 0.5㎛, 0.6㎛, 0.6㎛, 0.7㎛, 0.7㎛, 0.7㎛, 0.9㎛, 1.0㎛, 1.1㎛, 1.2㎛일 때, D20은 전체 10개의 분산체 중 20%에 해당하는 분산체의 장축길이인 0.6㎛이며, D50은 전체 10개의 분산체 중 50%에 해당하는 분산체의 장축길이인 0.7㎛를 의미한다. 만일 D10인 분산체 장축길이에 대하여 D50인 분산체 장축길이의 비율(D50/D10)이 1.6 미만일 경우 빛샘, 휘선보임현상이 현저하거나 또는 광 확산 기능의 저하로 시야각 특성이 나빠질 우려가 있다. 또한, D50/D10이 2.4를 초과할 경우 빛샘, 휘선보임현상이 현저해지거나 외관 색상의 품질문제가 발생할 우려가 있다.
보다 더 바람직하게는 D50은 0.5 ~ 0.9㎛이며, D10은 0.3㎛ 이상일 수 있고, 이를 통해 빛샘, 휘선보임현상, 외관 색상 품질문제가 더욱 방지되며, 우수한 시야각 등 목적하는 광학적 물성을 달성하기에 유리할 수 있다.
또한, 복수개의 분산체(112a,112b,112c)는 장축방향이 제1편광필름의 어느 일 축 방향과 대체로 평행하도록 신장 및/또는 배열된 것일 수 있으며, 보다 바람직하게는 외부광원에서 조사되는 광에 수직하는 방향으로 분산체가 평행하게 신장되거나 배열된 것이 광변조 효과를 극대화하는데 효과적이다.
또한, 복수개의 분산체(112a,112b,112c)는 기재(111) 내부에 랜덤하게 분산된 것일 수 있으며, 이를 통해 광 확산을 통한 시야각 특성의 강화, 랜덤하게 분산된 분산체와 기재 간 경계에서의 광변조 효과를 발현시키기에 보다 유리할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 구현예에 포함되는 제1편광필름(100)은 코어층(110)의 적어도 일면에 구비된 스킨층(121,122)을 더 포함할 수 있다. 상기 스킨층(121,112)은 코어층(100)의 기계적 강도를 보완하기 위함이다. 이때, 상기 코어층(100)과 스킨층(121,122) 사이에는 별도의 접착층이 더 구비될 수 있으나, 바람직하게는 상기 스킨층(121,122)은 별도의 접착층 없이 코어층(100)과 함께 공압출되어 일체로 형성된 것일 수 있다. 그 결과 접착층으로 인한 광학물성의 저하를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 한정된 두께에 보다 많은 층을 부가할 수 있어 광학물성을 현저하게 개선시킬 수 있다. 나아가, 종래의 코어층 연신 후 미연신 스킨층과의 후접착 되는 경우와 달리 본 발명의 일구현예에 포함된 스킨층(121,122)은 코어층(100)과 동시에 공압출된 후 연신공정이 수행되므로 스킨층(121,122)도 적어도 하나의 축방향으로 연신될 수 있다. 이를 통해 미연신된 스킨층에 비하여 표면경도가 향상되어 내스크래치성이 개선되며 내열성이 향상될 수 있다.
상기 스킨층(121,122)은 반사편광필름의 지지기능을 수행하기 위하여 통상적으로 사용되는 스킨층의 재질일 수 있고, 바람직하게는 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 코폴리에틸렌나프탈레이트(co-PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리카보네이트(PC) 얼로이, 폴리스타이렌(PS), 내열폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리우레탄(PU),폴리이미드(PI),폴리비닐클로라이드(PVC), 스타이렌아크릴로니트릴혼합(SAN),에틸렌초산비닐(EVA), 폴리아미드(PA), 폴리아세탈(POM), 페놀, 에폭시(EP), 요소(UF), 멜라닌(MF), 불포화포리에스테르(UP), 실리콘(SI) 및 사이크로올레핀폴리머를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으며 보다 바람직하게는 상술한 기재(111)의 성분과 동일한 재질을 사용할 수 있다.
상술한 제1편광필름(100)에서 기재(111)의 두께는 20 ~ 180㎛일 수 있고, 스킨층(121,122)의 두께는 50 ~ 500㎛일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 또한 전체 분산체(112)의 개수는 32인치를 기준으로 기재(111)의 두께가 120㎛일 때 25,000,000 ~ 80,000,000 개일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
다음으로, 상술한 제1편광필름(100)의 일면에는 제2편광필름(200)이 인접하여 배치되며, 상기 제2편광필름(200)은 제1방향의 투과축을 갖고, 제1방향과 수직한 제2방향의 흡수축을 갖는 편광필름으로서, 서로 직교하는 진동면을 갖는 제1편광 및 제2편광 중, 제1편광(또는 제2편광)은 투과하고 제2편광(또는 제1편광)은 흡수하며, 일예로, 제2편광필름(200)을 투과하는 광은 P편광일 수 있고, 반사되는 광은 S편광일 수 있다.
상기 제2편광필름(200)은 이러한 편광특성을 발현하는 공지된 편광필름일 수 있으며, 흡수편광필름일 수 있다. 상기 흡수편광필름은 그 예시로, 요오드계 성분 또는 이색성 염료로 염착된 편광층(210)을 포함할 수 있고, 상기 편광층을 보호하는 보호필름(221)을 더 구비할 수 있다.
상기 편광층(210)은 기재가 고분자필름일 수 있고, 흡수편광필름에 사용되는 공지된 고분자필름의 경우 제한없이 이용될 수 있으며, 일예로 폴리비닐알코올 필름일 수 있다. 상기 기재의 두께는 일예로 10 ~ 300㎛일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 목적에 따라 변경할 수 있다.
또한, 상기 기재에 염착되는 염료 중 하나인 상기 요오드계 성분은 요오드 및/또는 요오드화 칼륨과 같은 요오드계 화합물일 수 있다. 또한 상기 이색성 염료는 분자의 장축방향으로 광범위한 파장에서 큰 흡광도를 가지며, 단축방향으로 흡광도가 극히 작으면서도, 기재가 되는 필름에 친화성이 좋고, 결정영역에도 염색이 가능하며, 기재가 연신될 때 함께 배향되기 쉽고, 색상이 선명하며 시각상의 콘트라스가 크다고 알려진 공지의 이색성 염료의 경우 제한없이 사용될 수 있으므로 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않고, 구체적 설명을 생략한다.
또한, 상기 보호필름(221)은 편광층(210)을 지지하고 보호하는 필름으로써, 통상적인 흡수편광필름에 사용되는 보호필름의 경우 제한 없이 사용될 수 있고, 투명성이나 기계적 강도, 열 안정성이나 수분 차폐성 등이 뛰어난 폴리머 등이 바람직하게 채용될 수 있다. 상기 보호필름(221)은 일예로, 트리아세틸셀룰로오스(TAC)와 같은 아세테이트계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리에테르술폰계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리이미드계 수지, 폴리올레핀계 수지, 아크릴계 수지, 폴리노르보르넨계 수지 등을 사용할 수 있다. 다만, 편광 특성이나 내구성 등을 고려할 때 가장 바람직하게는 트리아세틸셀룰로오스(TAC) 필름일 수 있다. 또한, 상기 보호필름(221)은 두께가 50 ~ 150㎛일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 통상적인 흡수반사편광필름의 경우 보호필름을 양면에 구비하는 것이 일반적이다. 그러나 본 발명에 따른 복합편광필름은 제2편광필름(200)의 일측에 제1편광필름(100)이 일체화되므로 제1편광필름(100)과 일체화 되는 측의 제2편광필름(200) 편광층(210)의 면에는 보호필름이 생략될 수 있고, 그 타면에만 보호필름(221)이 구비될 수 있다. 일부 보호필름의 생략은 일체화된 광학부품의 두께를 박형화하고, 부품생략에 따른 제조원가 절감의 이점이 있다.
또한, 도 6에 도시된 것과 같이 제2편광필름(200)은 편광층(210)과 보호필름(221)을 일체화시키기 위한 접착층(231)을 더 포함할 수 있다. 상기 접착층(231)은 광학필름 간의 부착에 사용되며, 광학적 특성을 저하시키지 않는 공지된 접착성분을 제한 없이 사용할 수 있고, 바람직하게는 편광층(210)의 기재의 재질과 보호필름(221)의 재질을 고려하여 선택할 수 있다. 상기 접착층(231)은 일예로, 비닐알콜계 폴리머를 포함하는 접착성분의 단독 또는 붕산, 붕사, 글루타르알데히드, 멜라민, 옥살산 등, 비닐알콜계 폴리머의 수용성 가교제의 적어도 1종과 접착성분이 병용된 접착제로 형성된 것일 수 있다. 상기 접착제는 다른 첨가제나 산 등의 촉매를 배합할 수 있다.
상술한 제1편광필름(100)과 제2편광필름(200)은 일체화되기 위하여 도 7과 같이 접착수단(232)을 더 개재할 수 있다. 상기 접착수단은 압력반응성 접착제, 열, 습기, 전자빔 및/또는 광을 통해 경화되는 경화성 접착제, 용매 휘발성 접착제 등이 상용될 수 있고, 일예로, 압력반응성 접착제일 수 있다. 열거된 상기 접착제의 구체적인 종류는 광학필름 분야에서 채용하는 공지된 것들일 수 있다.
상기 접착수단(232)은 두께가 0.01 ~ 100 ㎛일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 상술한 제1편광필름(100) 및 제2편광필름(200)은 제1방향의 투과축을 가지고, 제2방향의 반사축/흡수축을 갖는데, 이때 상기 제1방향은 TD 방향일 수 있고, 상기 제2방향은 MD방향일 수 있다. 이에 대해 구체적으로 설명하면 투과되는 편광의 손실을 최소화하려면 제1편광필름(100) 및 제2편광필름(200)이 복합화될 때 투과축이 서로 일치하도록 적층시켜야 한다. 만일 제1편광필름이 MD 방향의 투과축을 갖고, 제2편광필름이 TD 방향의 투과축을 갖는 경우 이들을 적층시킬 때 투과축이 서로 일치하도록 제1편광필름 또는 제2편광필름을 90˚ 회전시킨 뒤 제2편광필름 또는 제1편광필름과 적층시켜야만 한다. 통상적으로 제조된 필름은 MD 방향으로 롤에 권취되는 것을 고려했을 때, 위와 같이 어느 하나의 편광필름을 90˚ 회전시킨다는 것은 각각의 롤에 권취된 두 편광필름을 권출되는 방향 그대로 합지시키지 못하고 어느 하나의 편광필름은 편광필름의 폭만큼 절단 된 후 90˚ 회전하여 일일이 다른 편광필름에 합지되어야 함을 의미하고 이는 제조공정의 복잡화, 비용상승 및 제조시간의 연장을 초래한다.
그러나 본 발명에 따른 복합편광필름은 제1편광필름(100) 및 제2편광필름(200)의 투과축이 모두 TD 방향임에 따라서 각각의 롤에 권취된 두 편광필름(100,200)이 권출되는 방향으로 회전 없이 그대로 합지시킬 수 있어서 제조공정의 단순화, 제조시간의 단축 및 비용절감의 이점이 있다.
상술한 본 발명에 따른 복합편광필름(1000)은 후술하는 제조방법을 통해 제조될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 의한 복합편광필름(1000)의 제조방법은 제1방향의 투과축을 가지고, 제1방향과 수직한 제2방향의 반사축을 갖도록 연신시킨 제1편광필름(100)을 준비하는 단계, 제1방향의 투과축을 가지고, 제1방향과 수직한 제2방향의 흡수축을 갖도록 연신된 제2편광필름(200)을 준비하는 단계, 및 상기 제1편광필름(100)의 일면에 제2편광필름(200)을 합지하여 복합편광필름을 제조하는 단계;를 포함하여 수행될 수 있다.
먼저, 제1편광필름(100) 및 제2편광필름(200) 각각을 제조하는 방법에 대해 설명한다.
상기 제1편광필름(100)은 후술하는 제조방법을 통해 구현될 수 있다. 다만 후술하는 제조방법은 일예일 뿐 이에 제한되는 것은 아니다.
먼저, (1) 단계로서, 기재성분, 분산체 성분 및 스킨층 성분을 압출부에 공급한다. 상기 기재성분과 분산체 성분을 개별적으로 독립된 압출부들에 공급할 수 있으며 이 경우 압출부는 2개 이상으로 구성될 수 있다. 또한 폴리머들이 섞이지 않도록 별도의 공급로 및 분배구를 포함하는 하나의 압출부에 공급하는 것 역시 본 발명에 포함된다. 상기 압출부는 익스트루더일 수 있으며, 이는 고체상의 공급된 폴리머들을 액상으로 전환시킬 있도록 가열수단 등을 더 포함할 수 있다.
기재성분의 내부에 분산체 성분이 배열될 수 있도록 폴리머 흐름성 차이가 있도록 점도를 차이가 있도록 설계하며, 바람직하게는 기재 성분이 흐름성이 분산체 성분보다 좋도록 한다. 다음 기재 성분과 분산체 성분이 믹싱존과 메시필터존을 통과하면서 기재 내에 분산체 성분이 점성에 차이를 통해 랜덤하게 배열된다.
이후, 제조된 코어층의 적어도 일면을 압출부에서 이송된 스킨층 성분과 합지한다. 바람직하게는 상기 스킨층 성분은 상기 코어층의 양면에 모두 합지될 수 있다. 양면에 스킨층이 합지되는 경우 상기 스킨층의 재질 및 두께는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
다음, 기재 내부에 포함된 분산체 성분이 랜덤하게 배열될 수 있도록 흐름제어부에서 퍼짐을 유도한다. 구체적으로 도 8은 본 발명에 적용될 수 있는 바람직한 흐름제어부의 일종인 코트-행거 다이의 단면도이고, 도 9는 도 8의 측면도인데, 이러한 흐름제어부를 통해 기재의 퍼짐정도를 적절하게 조절하여 분산체 성분의 단면적의 크기 및 배열을 랜덤하게 조절할 수 있다. 구체적으로 도 8에서 유로를 통해 이송된 스킨층이 합지된 기재가 코트-행거 다이에서 좌우로 넓게 퍼지므로 내부에 포함된 분산체 성분 역시 좌우로 넓게 퍼지게 된다.
본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 흐름제어부에서 이송된 퍼짐이 유도된 제1편광필름을 냉각 및 평활화 하는 단계, 상기 평활화 단계를 거친 반사편광필름을 연신하는 단계; 및 상기 연신된 제1편광필름을 열고정 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
먼저, 흐름제어부에서 이송된 제1편광필름을 냉각 및 평활화 하는 단계는 통상의 제1편광필름의 제조에서 사용되던 방식과 조건을 채용하거나 적절히 변경하여, 냉각 후 이를 고형화하고 이후 캐스팅 롤공정 등을 통해 평활화 할 수 있다.
이후, 상기 평활화 단계를 거친 제1편광필름을 연신하는 공정을 거친다. 상기 연신은 통상의 제1편광필름 연신공정을 통해 수행될 수 있으며, 이를 통해 기재성분과 분산체 성분간의 굴절율 차이를 유발하여 계면에서 광변조 현상을 유발할 수 있고, 상기 퍼짐유도된 분산체 성분은 연신을 통해 종횡비가 더욱 줄어들게 된다. 이를 위하여 바람직하게는 연신공정은 일축연신 또는 이축연신을 수행할 수 있으며, 보다 바람직하게는 일축연신을 수행할 수 있고, 보다 더 바람직하게는 MD 방향으로 일축연신할 수 있다. 또한, 분산체 길이방향으로 일축연신을 수행할 수 있다. 또한 연신비는 3 ~ 12배 일 수 있다. 한편, 등방성 재료를 복굴절성으로 변화시키는 방법은 통상적으로 알려진 것이며 예를 들어 적절한 온도 조건 하에서 연신시키는 경우, 분산체 폴리머 분자들은 배향되어 복굴절성을 발현할 수 있다.
다음, 상기 연신된 제1편광필름을 열고정하는 단계를 거쳐 최종적인 제1편광필름을 제조할 수 있다. 상기 열고정은 공지된 방법의 조건을 적절히 채용 및 변경하여 수행할 수 있으며, 바람직하게는 180 ~ 200℃에서 0.1 ~ 3분 동안 IR 히터를 통해 수행될 수 있다.
다음으로, 제2편광필름(200)은 후술하는 제조방법을 통해 구현될 수 있다. 후술하는 제조방법은 폴리비닐알코올 기재필름에 요오드가 염착된 제2편광필름을 제조하는 방법으로써, 본 발명에 포함되는 제2편광필름(200)의 일 제조방법의 예시일 뿐 이에 제한되는 것은 아니다.
도 10을 참조하여 설명하면, 기재필름(211)이 권취된 권취부(400)로부터 권출된 기재필름(211)은 팽윤단계(410), 염색단계(420), 배향단계(430) 및 건조단계(440)를 거쳐 제2편광필름(210)으로 제조될 수 있다.
상기 팽윤단계(410)는 폴리비닐알코올 기재필름 내의 폴리머 분자 사슬을 보다 유연하고, 분자사슬을 이완시켜 염색단계(420)에서 요오드 성분을 포함한 염료가 폴리비닐알코올 기재필름 내부로 용이하게 염착되도록 하는 공정이며, 팽윤액이 담긴 팽윤조에 침지하는 것을 통해 수행될 수 있다. 팽윤액은 순수 또는 일예로 붕산수용액일 수 있고, 팽윤조의 온도는 15 ~ 50℃일 수 있고, 기재필름의 두께를 고려하여 적절히 변경될 수 있다.
다음으로, 상기 염색단계(420)는 기재필름을 요오드 성분을 포함하는 염료에 침지하여 상기 염료를 기재필름 내부에 흡착시키는 공정이다. 요오드 성분을 포함함하는 염료는 일예로, 요오드 수용액일 수 있고, 구체적으로 요오드와 요오드화 칼륨수용액을 용해 보조제로 하여 요오드 이온을 포함하는 수용액일 수 있으며, 상기 요오드의 농도는 대략적으로 0.01 내지 0.8중량%, 바람직하게는 0.02 내지 0.8중량%이며, 상기 요오드화 칼륨의 사용 농도는 0.01 내지 10중량%, 보다 바람직하게는 0.05 내지 8중량%일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
염료를 포함하는 염욕의 온도는 20 내지 40℃일 수 있고, 바람직하게는 25 내지 35℃일 수 있다. 상기 염료의 온도가 40℃를 초과하는 경우에는 기재필름에 주름이 발생될 수 있고, 온도가 20℃ 미만인 경우에는 PVA 분자 사슬을 효과적으로 이완시키지 못해 PVA 내부로의 염착이 용이하지 않을 수 있다.
한편, 염색단계(420)를 거친 기재필름은 배향단계를 거치기 전 가교처리될 수 있다. 상기 가교처리는 일예로 붕산수용액에 염착된 기재필름을 침지하는 붕산처리를 통해 수행될 수 있고, 이를 통해 내수화나 청색을 띠는 것을 방지하는 색상조정 등을 위해 수행된다. 한편, 가교에 의한 내수화 목적의 경우 붕산 이외에 글리옥살이나 글루타르알데히드 등의 가교제를 더 사용할 수 있다. 상기 붕산 수용액은 일예로, 물 100 중량부에 대하여 붕산을 약 3 ~ 19 중량부 및 요오드화물을 약 1 ~ 20 중량부 함유하는 수용액일 수 있다. 이때 온도는 50 ~ 70℃일 수 있고, 처리시간은 10 ~ 600초 일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
다음으로, 염착된 염료의 배향단계(430)를 수행한다. 상기 배향단계는 염착된 염료인 요오드 성분을 어느 일 방향으로 배향시키는 단계이며, 이를 통해 배향된 방향으로 흡수축을 생성시킬 수 있다. 상기 배향방향은 바람직하게는 MD 방향일 수 있으며, 이를 통해 TD 방향의 투과축을 가질 수 있어서, 상술한 MD 방향으로 연신되어 TD 방향의 투과축을 갖는 제1편광필름과 회전 없이 MD 방향 그대로 합지될 수 있는 이점이 있다. 염착된 염료의 배향은 염착된 기재필름의 연신을 통해 수행할 수 있고, 연신비는 1: 3 ~ 8일 수 있다.
한편, 연신은 배향단계(430)에 국한되어 수행되는 것은 아닐 수 있고, 상술한 팽윤단계(410), 염색단계(420)에서도 함께 연신공정이 수행되거나 팽윤단계(410) 이전, 염색단계(420)와 사이에 별도로 수행될 수도 있다. 또한, 배향단계가 아닌 단계에서 연신이 함께 수행되거나 별도의 단계에서 수행되는 경우 배향단계는 생략될 수도 있다.
상기 연신의 방법은 특별히 제한되지는 아니하지만, 습윤 연신법 및/또는 건식 연신법을 사용할 수 있다. 건식 연신법에 의한 연신방법으로는 일예로, 인터롤 연신법(inter-roll stretching method), 가열롤 연신법(heated roll stretching method) 및 압축 연신법(compression stretching method) 등 이 있으며, 다단계로 수행될 수 있다.
한편, 상술한 팽윤단계(410), 염색단계(420) 및 배향단계(430)의 각 단계 이전, 또는 이후에서 수세단계가 더 포함될 수 있다. 상기 팽윤단계(410) 이전의 수세단계는 기재필름에 포함된 이물질을 제거하는 단계일 수 있고, 팽윤단계(410) 후의 수세단계는 염색전 팽윤액을 제거하는 단계일 수 있으며, 염색단계(420) 이후의 수세단계는 미염착 염료를 제거하는 단계일 수 있다. 수세단계에서 사용되는 수세액은 물 또는 수세에 도움이 되는 공지된 첨가제가 포함된 수세액일 수 있으며, 온도 및 시간은 적절히 변경하여 수행할 수 있어서 특별히 한정하지 않는다.
다음으로 건조단계(440)는 배향된 염료가 염착된 기재필름을 건조시키는 단계로, 일예로 45 내지 70℃의 온도의 오븐에서 건조공정을 수행할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며 건조방법 및 건조온도는 변경될 수 있다.
상술한 것과 같이 제조된 제1편광필름(100) 및 제2편광필름(200)은 제1롤에서 권취된 제1편광필름(100)이 권출되어 이송되고, 이송된 제2편광필름이 합지되어 복합편광필름으로 제조된 후 제3롤에 권취되는 롤투롤 공정으로 제조될 수 있다.
바람직하게는 상기 제2편광필름은 편광층(210)과 보호필름(221)이 합지되는공정을 별도로 수행하지 않고, 제1편광필름(100)과 합지되는 공정에서 함께 합지되는 방식으로 공정을 단순화할 수 있다. 구체적으로 도 11에 도시된 것과 같이 제1롤(11)에 권취된 제1편광필름(100)과, 제2롤(12)에 권취된 보호필름(221)은 권출되어 이송되며, 별도로 이송되는 제2편광필름의 편광층(210)과 상/하부 롤러(21,22)를 함께 통과하여 복합편광필름(1000)으로 일체화될 수 있다. 이때, 상기 보호필름(221)과 편광층(210) 사이 및 제1편광필름(100) 및 편광층(210) 사이에는 접착유닛(30,30')을 통해 분사되는 접착제(31)를 개재하여 합지될 수 있다. 도 9에서는 상기 제1접착유닛(30)과 제2접착유닛(30')을 통해 분사되는 접착제의 종류를 동일한 것으로 도시하였으나, 서로 상이할 수 있다.
상기 상/하부 롤러(21,22)는 보호필름(221), 편광층(210) 및 제1편광필름(100)을 합지하기 위하여 소정의 열 및/또는 압력이 가해질 수 있으며, 가해지는 열 및/또는 압력은 접착제(31)의 종류 등을 고려하여 변경될 수 있어서 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다. 또한, 상기 접착제(31)가 광이나 열 등에 의해 경화되는 경화형 접착제인 경우 상/하부롤러(21,22)와 제3롤러(13) 사이에 경화에 요구되는 광이나 열을 제공할 수 있는 별도의 장치를 더 구비할 수 있다.
한편, 상술한 제조공정을 통해 제조된 복합편광필름(1000)은 적어도 일면에 구조화된 표면층을 더 구비할 수 있다. 상기 구조화된 표면층은 복합편광필름(1000)으로 입사되거나 복합편광필름(1000)에서 출사되는 광의 방향을 제어하는 기능을 수행한다. 상기 구조화된 표면층은 광의 방향을 제어하는 기능을 갖는 것으로 알려진 구조화된 표면을 갖는 공지된 구성의 경우 제한 없이 채용할 수 있으며, 일예로, 단면이 렌티큘러, 마이크로렌즈, 프리즘 형상이거나 이들이 적절히 변형된 형상일 수 있다. 또는 상기 구조화된 표면이 바인더 수지내 구비된 확산입자의 돌출로 인하여 생성된 불규칙적인 요철일 수도 있다. 한편, 확산입자를 포함하는 경우 확산입자를 통해 광의 방향을 제어할 수 있으므로 확산입자의 돌출로 인한 요철이 반드시 수반되어야 하는 것은 아니다.
상기 구조화된 표면층은 복합편광필름(1000)에서 스킨층(211,212)을 경유하여 복합편광필름(1000)의 상부 및/또는 하부에 구비될 수 있으며, 이때 별도의 접착층을 개재하여 일체화되거나 접착층 없이 일체화될 수 있다.
이상에서 상술한 본 발명에 따른 물성을 만족하는 복합편광필름(1000)은 광원 어셈블리나 이를 포함하는 액정 표시 장치 등에 채용되어, 광 효율과 구현된 디스플레이의 명암비 등을 증진시키는데 사용될 수 있다. 광원 어셈블리는 램프가 하부에 위치하는 직하형 광원 어셈블리, 램프가 사이드에 위치하는 엣지형 광원 어셈블리 등으로 분류되는데, 본 발명의 구현예들에 따른 반사편광필름은 어떠한 종류의 광원 어셈블리에도 채용 가능하다. 또, 액정 패널의 아래쪽에 배치되는 백라이트(back light) 어셈블리나 액정 패널의 위쪽에 배치되는 프론트 라이트(front light) 어셈블리에도 적용 가능하다. 이하에서는 다양한 적용예의 일예로서, 복합편광필름이 에지형 광원 어셈블리를 포함하는 액정 표시 장치에 적용된 경우를 예시한다.
도 12는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 액정 표시 장치의 단면도로서, 액정 표시 장치(2700)는 백라이트 유닛(2400), 및 액정 패널 어셈블리(2500)를 포함한다.
백라이트 유닛(2400)은 광원에서 출사된 빛의 광학적 특성을 변조한 후 변조된 소정의 광만을 투과시키기 위한 복합편광필름(2111)을 포함하며, 이때 상기 백라이트 유닛에 포함되는 기타구성 및 상기 기타구성과 반사편광필름(2111)의 위치관계는 목적에 따라 달라질 수 있어 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다.
다만, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 도 10과 같이 광원(2410), 광원(2410)으로부터 출사된 빛을 가이드하는 도광판(2415), 도광판(2415)의 하측에 배치된 반사 필름(2320), 및 도광판(2415)의 상측에 배치되며 제1표시판(2511) 하부에 밀착하여 배치되는 복합편광필름(2111)으로 구성 및 배치될 수 있다.
이때, 광원(2410)은 도광판(2415)의 양 사이드에 배치된다. 광원(2410)은 예를 들어 LED(Light Eimitting Diode), CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp), HCFL(Hot Cathode Fluorescent Lamp), EEFL(External Electrode Fluorescent Lamp) 등이 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 광원(2410)은 도광판(2415)의 일측에만 배치될 수도 있다.
도광판(2415)은 광원(2410)으로부터 출사된 빛을 내부 전반사를 통해 이동시키다가 도광판(2415) 하면에 형성된 산란패턴 등을 통해 상측으로 출사시킨다. 도광판(2415)의 아래에는 반사 필름(2420)이 배치되어, 도광판(2415)으로부터 아래로 출사된 빛을 상부로 반사한다.
도광판(2415)의 상부에는 복합편광필름(2111)이 배치된다. 도광판을 통해 상부로 출사된 광은 복합편광필름(2111)의 제1편광필름으로 입사되고, 제1편광필름에서 분리된 투과축에 평행한 제1편광(예, P편광)은 제1편광필름을 투과하여 출사된 후 제2편광필름으로 입사 및 제2편광필름을 투과하며, 제1편광필름에서 분리된 투과축에 수직이며, 반사축에 평행한 제2편광(예, S편광)은 제1편광필름에서 반사된 뒤 도광판(2415)을 거쳐 하부 산란패턴이나 반사필름(2320)에서 다시 반사되어 제1편광필름으로 입사될 수 있다. 한편, 제1편광필름에 입사된 광 중 상기 제2편광 중 일부는 제1편광필름을 투과할 수 있는데, 투과되어 출사된 제2편광은 제2편광필름으로 입사된 후 제2편광필름에서 흡수될 수 있다.
한편, 복합편광필름(2111)의 위 또는 아래에는 다른 광학 시트들이 더 배치될 수도 있다. 예를 들어, 광을 집광하거나 광을 확산시키는 등 광의 방향을 제어할 수 있는 광학필름이나 광의 위상을 변경시키는 위상차 필름 및/또는 보호필름이나 지지필름을 더 배치할 수 있다. 이때, 상기 광의 방향을 제어하는 광학필름은 복합편광필름이 상술한 것과 같이 구조화된 표면층을 별도로 구비하지 않은 경우에 유효할 것이다.
또한, 광원(2410), 도광판(2415), 반사 필름(2420) 및 복합편광필름(2111)은 바텀 샤시(2440)에 의해 수납될 수 있다.
액정 패널 어셈블리(2500)는 제1 표시판(2511), 제2 표시판(2512) 및 그 사이에 개재된 액정층(미도시)을 포함하며, 제2 표시판(2512)의 상부면에 부착된 편광판(미도시)을 더 포함할 수 있고, 제1 표시판(2511)의 하부면에는 상기 복합편광필름(2111)의 제2편광필름으로 인하여 별도의 편광판이 생략될 수 있다.
액정 표시 장치(2700)는 액정 패널 어셈블리(2500)의 테두리를 덮으며, 액정 패널 어셈블리(2500) 및 백라이트 유닛(2400)의 측면을 감싸는 탑 샤시(2600)를 더 포함할 수 있다.
한편, 구체적으로 도 13은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 반사편광필름을 채용한 액정표시장치의 일례로서, 프레임(3270)상에 반사판(3280)이 삽입되고, 상기 반사판(3280)의 상면에 냉음극형광램프(3290)가 위치한다. 상기 냉음극형광램프(3290)의 상면에 광학필름(3320)이 위치하며, 상기 광학필름(3320)은 확산판(3321), 프리즘필름(3322) 및 복합편광필름(3323)의 순으로 적층될 수 있으나, 상기 광학필름에 포함되는 구성 및 각 구성간의 적층순서는 목적에 따라 달라질 수 있고, 일부 구성요소가 생략되거나 복수개로 구비될 수 있으며, 위에 열거되지 않은 광을 제어하는 다른 종류의 광학필름이 더 구비될 수 있다. 한편, 상기 광학필름(3320)의 상면에 액정표시패널(3310)이 몰드프레임(3300)에 끼워져 위치할 수 있다.
빛의 경로를 중심으로 살펴보면, 냉음극형광램프(3290)에서 조사된 빛이 광학필름(3320) 중 확산판(3321)에 도달한다. 상기 확산판(3321)을 통해 전달된 빛은 프리즘필름(3322)을 통과한 후 빛의 진행방향이 집광된 후 복합편광필름(3323)의 제1편광필름을 통과하게 되면서 광변조가 발생하게 된다. 구체적으로 P편광은 반사편광필름을 손실 없이 투과하나, S편광의 경우 광변조(반사, 산란, 굴절 등)가 발생하여 다시 냉음극형광램프(3290)의 뒷면인 반사판(3280)에 의해 반사되고 그 빛의 성질이 P편광 또는 S편광으로 랜덤하게 바뀐 후 다시 반사편광필름(3322)을 통과하게 되는 것이다. 그 뒤 제1편광필름을 투과한 편광은 제2편광필름을 지난 후, 액정표시패널(3310)에 도달하게 된다. 한편, 상기 냉음극형광램프(3290)는 LED로 대체될 수 있다.
한편 본 발명에서는 반사편광필름의 용도를 액정디스플레이를 중심으로 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 프로젝션 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, 전계방출디스플레이 및 전계발광디스플레이 등 평판디스플레이 기술에 널리 사용될 수 있으며, 이에 국한되지 않고, 유리창, 편광을 요구하는 작업조명 등에 널리 응용될 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
100: 제1편광필름 110: 코어층
121,122: 스킨층 200: 제2편광필름
210: 편광층 221: 보호필름
231: 접착층 232: 접착수단
1000: 복합편광필름

Claims (18)

  1. 제1방향의 투과축을 가지고, 제1방향과 수직한 제2방향의 반사축을 갖는 제1편광필름; 및
    상기 제1편광필름의 일면에 인접하여 배치되며, 제1방향의 투과축을 가지고, 제1방향과 수직한 제2방향의 흡수축을 갖는 제2편광필름;을 포함하며,
    상기 제1편광필름은 기재 및 상기 기재 내부에 분산된 복수개의 분산체를 포함하는 코어층을 구비하고,
    상호 직교하는 x, y, z 축 중 상기 분산체 길이방향을 x축이라고 할 때 제1편광필름의 y-z 단면에서 복수개의 분산체는 기재 내 랜덤하게 분산되며, 제1편광필름의 y-z 단면에서 상기 복수개의 분산체 단면은 종횡비가 1/10 ~ 1/2이고, 장축의 평균길이가 0.7 ~ 1.5㎛인 복합편광필름.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1편광필름은 상기 코어층의 적어도 일면에 포함된 스킨층을 더 포함하는 복합편광필름.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2편광필름은 요오드계 성분 및 이색성 염료 중 어느 하나 이상으로 염착된 편광층과 보호필름을 구비하며,
    상기 보호필름은 제1편광필름에 대향하는 편광층 일면의 반대면에 구비되며, 제1편광필름에 대향하는 편광층 일면에는 보호필름이 구비되지 않는 복합편광필름.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1편광필름 및 제2편광필름의 사이에는 접합수단이 개재되는 복합편광필름.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1편광필름에서 기재와 분산체는 x축 방향으로 굴절률 차이가 0.1 이상이며, y축 및 z축 방향으로 굴절률 차이가 0.05 이하인 복합편광필름.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1편광필름은 적어도 하나의 축방향으로 연신된 필름인 복합편광필름.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1편광필름은 상기 코어층의 적어도 일면에 일체로 형성된 스킨층을 더 포함하는 복합편광필름.
  10. 제1항에 있어서
    상기 복수개의 분산체 장축길이는 하기 수학식 1에 따른 장축길이에 대한 분산계수가 60 ~ 92%인 복합편광필름.
    [수학식1]
    Figure 112021127792421-pat00003
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수개의 분산체 장축길이별 누적개수분포에서 D10인 분산체 장축길이에 대하여 D50인 분산체 장축길이의 비율이 1.6 ~ 2.4 인 복합편광필름.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 D50은 0.5 ~ 0.9㎛인 복합편광필름.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 D10은 0.3㎛ 이상인 복합편광필름.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1방향은 TD 방향이고, 제2방향은 MD 방향인 복합편광필름.
  15. 제1방향의 투과축을 가지고, 제1방향과 수직한 제2방향의 반사축을 갖도록 연신시킨 제1편광필름을 준비하는 단계;
    제1방향의 투과축을 가지고, 제1방향과 수직한 제2방향의 흡수축을 갖도록 연신된 제2편광필름을 준비하는 단계; 및
    상기 제1편광필름의 일면에 제2편광필름을 합지하여 복합편광필름을 제조하는 단계;를 포함하되,
    상기 제1편광필름은 기재 및 상기 기재 내부에 분산된 복수개의 분산체를 포함하는 코어층을 구비하고,
    상호 직교하는 x, y, z 축 중 상기 분산체 길이방향을 x축이라고 할 때 제1편광필름의 y-z 단면에서 복수개의 분산체는 기재 내 랜덤하게 분산되며, 제1편광필름의 y-z 단면에서 상기 복수개의 분산체 단면은 종횡비가 1/10 ~ 1/2이고, 장축의 평균길이가 0.7 ~ 1.5㎛인 복합편광필름 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1편광필름은 MD 방향으로 연신되어 MD 방향의 반사축을 가지고, TD 방향의 투과축을 갖도록 제조된 후 제1롤에 권취되며, 상기 제2편광필름은 MD 방향으로 연신되어 MD 방향의 흡수축을 가지고, TD 방향의 투과축을 갖도록 제조되며,
    상기 복합편광필름은 제1롤에서 권출되어 이송된 제1편광필름과 이송된 제2편광필름이 접착수단을 개재하여 접합된 후 제3롤에 권취되는 롤투롤(roll to roll) 공정을 통해 제조되는 복합편광필름 제조방법.
  17. 제1항, 제3항 내지 제5항 및 제7항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 복합편광필름을 포함하는 광원어셈블리.
  18. 제17항에 따른 광원 어셈블리를 포함하는 액정표시장치.
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