KR102548297B1 - 광학 필름 및 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

폴리올레핀과 이색성 염료를 포함하는 편광 필름, 상기 편광 필름의 일면에 위치하고 액정을 포함하는 제1 위상 지연층, 상기 제1 위상 지연층의 일면에 위치하고 액정을 포함하는 제2 위상 지연층, 상기 편광 필름과 상기 제1 위상 지연층 사이에 위치하는 제1 점착제, 그리고 상기 제1 위상 지연층과 상기 제2 위상 지연층 사이에 위치하는 제2 점착제를 포함하고, 상기 제1 점착제와 상기 제2 점착제 중 적어도 하나는 주파수 10Hz에서 0.2MPa 이상의 상온 저장 탄성율을 가지는 광학 필름 및 표시 장치에 관한 것이다.

Description

광학 필름 및 표시 장치{OPTICAL FILM AND DISPLAY DEVICE}
광학 필름 및 표시 장치에 관한 것이다.
현재 주로 사용되고 있는 평판 표시 장치는 스스로 발광하는 발광 표시 장치와 별도의 광원을 필요로 하는 수광형 표시 장치로 나눌 수 있으며, 이들의 화질을 개선하기 위한 방법으로 보상 필름 등의 광학 필름이 자주 사용된다.
발광형 표시 장치, 예를 들어 유기 발광 표시 장치(organic light emitting display)의 경우, 전극 등의 금속에 의한 외부광의 반사로 인하여 시인성과 대비비가 떨어질 수 있다. 이를 줄이기 위하여 편광판과 위상차 필름을 사용하여 선편광을 원편광으로 바꾸어 줌으로써 유기 발광 표시 장치에 의하여 반사된 외부광이 바깥으로 새어 나오지 않도록 하고 있다.
수광형 표시 장치인 액정 표시 장치(liquid crystal display, LCD)는 투과형, 반투과형, 반사형 등 종류에 따라 외부광의 반사 및 선글라스 효과를 해결하기 위한 방법으로 선편광을 원편광으로 바꾸어 줌으로써 화질을 개선하고 있다.
그러나 현재 개발되어 있는 광학 필름은 내구성이 약하여 표시 품질에 영향을 줄 수 있고 특히 구부리거나 접히는 부분에 손상을 받을 수 있다. 또한, 광학 필름 자체의 두께가 두꺼워 표시 장치의 박형화에 걸림돌이 되고 있다.
일 구현예는 얇은 두께를 구현하는 동시에 내구성을 강화할 수 있는 광학 필름을 제공한다.
다른 구현예는 상기 광학 필름을 포함하는 표시 장치를 제공한다.
일 구현예에 따르면, 폴리올레핀과 이색성 염료를 포함하는 편광 필름, 상기 편광 필름의 일면에 위치하고 액정을 포함하는 제1 위상 지연층, 상기 제1 위상 지연층의 일면에 위치하고 액정을 포함하는 제2 위상 지연층, 상기 편광 필름과 상기 제1 위상 지연층 사이에 위치하는 제1 점착제, 그리고 상기 제1 위상 지연층과 상기 제2 위상 지연층 사이에 위치하는 제2 점착제를 포함하고, 상기 제1 점착제와 상기 제2 점착제 중 적어도 하나는 주파수 10Hz에서 0.2MPa 이상의 상온 저장 탄성율을 가지는 광학 필름을 제공한다.
상기 점착제는 (메타)아크릴 화합물, 우레탄 화합물, 폴리이소부틸렌 화합물, 스티렌 부타디엔 고무, 폴리비닐에테르 화합물, 에폭시 화합물, 멜라민 화합물, 폴리에스테르 화합물, 페놀 화합물, 실리콘 화합물, 이들의 유도체, 이들의 공중합체 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 점착제는 히드록시기, 카르복실기, 질소 함유 작용기 또는 이들의 조합을 가지는 수지를 포함할 수 있다.
상기 점착제는 이소시아네이트 화합물, 에폭시 화합물, 아지리딘 화합물, 금속 킬레이트 화합물 또는 이들의 조합을 포함하는 가교제를 사용하여 가교된 수지일 수 있다.
상기 제1 위상 지연층과 상기 제2 지연층은 각각 상기 제1 점착제 또는 상기 제2 점착제보다 얇을 수 있다.
상기 제1 위상 지연층과 상기 제2 지연층의 두께는 각각 상기 제1 점착제 또는 상기 제2 점착제의 두께의 약 0.05 내지 0.8배일 수 있다.
상기 제1 점착제와 상기 제2 점착제의 두께는 각각 약 5㎛ 내지 25㎛일 수 있고, 상기 제1 위상 지연층과 상기 제2 지연층의 두께는 각각 0.5㎛ 내지 5㎛일 수 있다.
상기 제1 위상 지연층과 상기 제2 지연층의 두께 합은 약 1㎛ 내지 10㎛일 수 있다.
상기 제1 점착제와 상기 제2 점착제 중 적어도 하나는 주파수 10Hz에서 약 0.2MPa 내지 8GPa의 상온 저장 탄성율을 가질 수 있다.
상기 제1 점착제와 상기 제2 점착제 중 적어도 하나는 상기 제1 위상 지연층 또는 상기 제2 위상 지연층에 대한 상온에서의 180° 박리력이 약 1500gf/25mm 이상일 수 있다.
상기 제1 위상 지연층과 상기 제2 위상 지연층 중 어느 하나는 550nm 파장에 대한 면내 위상차가 약 230nm 내지 300nm일 수 있고, 상기 제1 위상 지연층과 상기 제2 위상 지연층 중 다른 하나는 550nm 파장에 대한 면내 위상차가 약 110nm 내지 160nm일 수 있다.
상기 제1 위상 지연층의 액정과 상기 제2 위상 지연층의 액정은 각각 독립적으로 하기 관계식 1A 또는 1B를 만족하는 굴절률을 가질 수 있다.
[관계식 1A]
nx > ny = nz
[관계식 1B]
nx < ny = nz
상기 관계식 1A 및 1B에서,
nx는 상기 제1 위상 지연층과 상기 제2 위상 지연층의 지상축(slow axis)에서의 굴절률이고, ny는 상기 제1 위상 지연층과 제2 위상 지연층의 진상축(fast axis)에서의 굴절률이고, nz는 nx 및 ny에 수직 방향의 굴절률이다.
450nm, 550nm 및 650nm 파장에 대한 상기 제1 위상 지연층의 면내 위상차(Re1)는 Re1(450nm)>Re1(550nm)>Re1(650nm)을 만족할 수 있고, 450nm, 550nm 및 650nm 파장에 대한 상기 제2 위상 지연층의 면내 위상차(Re2)는 Re2(450nm)>Re2(550nm)>Re2(650nm)을 만족할 수 있고, 450nm, 550nm 및 650nm 파장에 대한 상기 제1 위상 지연층과 상기 제2 위상 지연층의 전체 면내 위상차(Re0)는 Re0(450nm)≤Re0(550nm)<Re0(650nm) 또는 Re0(450nm)<Re0(550nm)≤Re0(650nm)을 만족할 수 있다.
상기 제1 위상 지연층과 상기 제2 위상 지연층의 단파장 분산성은 각각 약 1.1 내지 1.2일 수 있고, 상기 제1 위상 지연층과 상기 제2 위상 지연층의 전체 단파장 분산성은 약 0.70 내지 0.99일 수 있다.
상기 제1 위상 지연층과 상기 제2 위상 지연층의 장파장 분산성은 각각 약 0.9 내지 1.0일 수 있고, 상기 제1 위상 지연층과 상기 제2 위상 지연층의 전체 장파장 분산성은 약 1.01 내지 1.20일 수 있다.
상기 편광 필름은 약 100㎛ 이하의 두께를 가질 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 표시 패널, 그리고 상기 표시 패널의 적어도 일면에 위치하는 광학 필름을 포함하는 표시 장치를 제공한다.
상기 표시 패널은 액정 표시 패널 또는 유기 발광 표시 패널을 포함할 수 있다.
상기 표시 패널은 플렉서블 표시 패널일 수 있다.
얇은 두께를 가지면서도 내구성이 강한 광학 필름을 제공함으로써 표시 품질이 양호한 박형 표시 장치를 구현할 수 있다. 또한, 접거나 구부린 부분의 내구성이 강하여 플렉서블 표시 장치로도 효과적으로 적용될 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 광학 필름의 개략적인 단면도이고,
도 2는 광학 필름의 외광 반사 방지 원리를 보여주는 개략도이고,
도 3은 도 1의 광학 필름에서 편광 필름을 보여주는 개략적인 단면도이고,
도 4는 일 구현예에 따른 유기 발광 표시 장치를 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 5는 일 구현예에 따른 액정 표시 장치를 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 6은 굴곡테스트를 수행한 후 반사판에 부착된 실시예 5에 따른 광학 필름의 외관 사진이고,
도 7은 굴곡테스트를 수행한 후 반사판이 부착된 실시예 6에 따른 광학 필름의 외관 사진이고,
도 8는 굴곡테스트를 수행한 후 반사판이 부착된 실시예 7에 따른 광학 필름의 외관 사진이고,
도 9는 굴곡테스트를 수행한 후 반사판이 부착된 비교예 1에 따른 광학 필름의 외관 사진이다.
이하, 구현예들에 대하여 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 구현예들은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
이하 도면을 참고하여 일 구현예에 따른 광학 필름을 설명한다.
도 1은 일 구현예에 따른 광학 필름의 개략적인 단면도이다.
도 1을 참고하면, 일 구현예에 따른 광학 필름(300)은 편광 필름(110), 제1 위상 지연층(120a), 제2 위상 지연층(120b), 편광 필름(110)과 제1 위상 지연층(120a) 사이에 위치하는 제1 점착제(115a), 그리고 제1 위상 지연층(120a)과 제2 위상 지연층(120b) 사이에 위치하는 제2 점착제(115b)를 포함한다.
제1 위상 지연층(120a)과 제2 위상 지연층(120b)은 서로 다른 면내 위상차를 가질 수 있으며, 예컨대 550nm 파장(이하 '기준 파장'이라 한다)에 대하여 제1 위상 지연층(120a)과 제2 위상 지연층(120b) 중 하나는 약 230nm 내지 300nm의 면내 위상차를 가질 수 있고 다른 하나는 약 110nm 내지 160nm의 면내 위상차를 가질 수 있다. 일 예로, 기준 파장에 대한 제1 위상 지연층(120a)의 면내 위상차는 약 230nm 내지 300nm일 수 있고 기준 파장에 대한 제2 위상 지연층(120b)의 면내 위상차는 약 110nm 내지 160nm일 수 있다.
일 예로, 제1 위상 지연층(120a)과 제2 위상 지연층(120b) 중 하나는 λ/2 위상 지연층일 수 있고 다른 하나는 λ/4 위상 지연층일 수 있다. 예컨대 제1 위상 지연층(120a)은 λ/2 위상 지연층일 수 있고 제2 위상 지연층(120b)은 λ/4 위상 지연층일 수 있다.
제1 위상 지연층(120a)과 제2 위상 지연층(120b)은 편광 필름(110)을 통과한 빛을 원편광시켜 위상차를 발생시킬 수 있으며 빛의 반사 및/또는 흡수에 영향을 미칠 수 있다.
일 예로, 광학 필름(300)은 표시 장치의 일측 또는 양측에 구비될 수 있으며, 특히 표시 장치의 화면부 측에 배치되어 외부로부터 유입되는 광(이하 '외광'이라 한다)이 반사되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 외광 반사에 의한 시인성 저하를 방지할 수 있다.
도 2는 광학 필름의 외광 반사 방지 원리를 보여주는 개략도이다.
도 2를 참고하면, 입사되는 비편광된 광(incident unpolarized light)은 편광 필름(110)을 통과하면서 두 개의 편광 직교 성분 중 하나의 편광 직교 성분, 즉 제1 편광 직교 성분만이 투과되고, 편광된 광은 제1 위상 지연층(120a)과 제2 위상 지연층(120b)을 통과하면서 원편광으로 바뀔 수 있다. 상기 원편광된 광은 기판, 전극 등을 포함한 표시 패널(50)에서 반사되면서 원편광 방향이 바뀌게 되고 상기 원편광된 광이 제2 위상 지연층(120b)과 제1 위상 지연층(120a)을 다시 통과하면서 두 개의 편광 직교 성분 중 다른 하나의 편광 직교 성분, 즉 제2 편광 직교 성분만이 투과될 수 있다. 상기 제2 편광 직교 성분은 편광 필름(110)을 통과하지 못하여 외부로 광이 방출되지 않으므로 외광 반사 방지 효과를 가질 수 있다.
도 3은 도 1의 광학 필름에서 편광 필름을 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 3을 참고하면, 편광 필름(110)은 폴리올레핀(71)와 이색성 염료(72)의 용융 혼합물(melt blend)로 만들어진 일체형 연신 필름일 수 있다.
폴리올레핀(71)은 예컨대 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 공중합체(PE-PP)에서 선택된 적어도 둘의 혼합물일 수 있고, 예컨대 폴리프로필렌(PP) 및 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체(PE-PP)의 혼합물일 수 있다.
상기 폴리프로필렌(PP)은 예컨대 약 0.1g/10min 내지 약 5g/10min의 용융흐름지수(melt flow index, MFI)를 가질 수 있다. 여기서 용융흐름지수(MFI)는 10분당 용융 상태의 고분자가 흘러내리는 양을 나타내는 것으로, 용융 상태의 폴리올레핀의 점도와 관련이 있다. 즉 용융흐름지수(MFI)가 작을수록 폴리올레핀의 점도가 크고 용융흐름지수(MFI)가 클수록 폴리올레핀의 점도가 작음을 알 수 있다. 상기 폴리프로필렌의 용융흐름지수(MFI)가 상기 범위 내인 경우, 가공성을 효과적으로 개선할 수 있으며, 최종 제품의 물성을 효과적으로 향상시킬 수 있다. 구체적으로 상기 폴리프로필렌은 약 0.5 g/10min 내지 약 5 g/10min의 용융흐름지수(MFI)를 가질 수 있다.
상기 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체(PE-PP)는 상기 공중합체의 총 함량에 대하여 약 1 중량% 내지 약 50 중량%의 에틸렌기를 포함할 수 있다. 상기 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체(PE-PP)에서 에틸렌기의 함량이 상기 범위 내인 경우, 상기 폴리프로필렌과 상기 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체(PE-PP)의 상분리를 효과적으로 방지 내지 완화할 수 있다. 또한, 우수한 광 투과도 및 배향성을 가지면서도 연신할 때 연신율을 증가시킬 수 있어서 개선된 편광 특성을 구현할 수 있다. 구체적으로는 상기 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체(PE-PP)는 상기 공중합체의 총 함량에 대하여 약 1 중량% 내지 약 25 중량%의 에틸렌기를 포함할 수 있다.
상기 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체(PE-PP)는 약 5g/10min 내지 약 15g/10min의 용융흐름지수(MFI)를 가질 수 있다. 상기 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체(PE-PP)의 용융흐름지수(MFI)가 상기 범위 내인 경우, 가공성을 효과적으로 개선할 수 있으며, 최종 제품의 물성을 효과적으로 향상시킬 수 있다. 구체적으로는 상기 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체(PE-PP)는 약 10g/10min 내지 약 15g/10min의 용융흐름지수(MFI)를 가질 수 있다.
폴리올레핀(71)은 예컨대 폴리프로필렌(PP)과 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체(PE-PP)를 약 1:9 내지 약 9:1의 중량비로 포함할 수 있다. 상기 폴리프로필렌(PP)과 상기 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체(PE-PP)가 상기 범위 내로 포함되는 경우, 우수한 기계적 강도를 가지면서도 폴리프로필렌의 결정화를 방지하여 헤이즈 특성을 효과적으로 개선할 수 있다. 구체적으로 폴리올레핀(71)은 폴리프로필렌(PP)과 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체(PE-PP)를 약 4:6 내지 약 6:4의 중량비, 더욱 구체적으로 약 5:5의 중량비로 포함할 수 있다.
폴리올레핀(71)은 약 1g/10min 내지 약 15g/10min의 용융흐름지수(melt flow index, MFI)를 가질 수 있다. 폴리올레핀(71)의 용융흐름지수(MFI)가 상기 범위 내인 경우, 수지 내에 과도한 결정이 형성되지 않아 우수한 광 투과도를 확보할 수 있는 동시에 필름으로 제조하기에 적합한 점도를 가질 수 있어 가공성을 개선할 수 있다. 구체적으로는 폴리올레핀(71)은 약 5g/10min 내지 약 15g/10min의 용융흐름지수(MFI)를 가질 수 있다.
폴리올레핀(71)은 약 5% 이하의 헤이즈를 가질 수 있다. 폴리올레핀(71)이 상기 범위의 헤이즈를 가짐으로써 투과도가 증가하여 우수한 광학 특성을 가질 수 있다. 구체적으로 폴리올레핀(71)은 약 2% 이하의 헤이즈를 가질 수 있으며, 더욱 구체적으로 약 0.5% 내지 약 2%의 헤이즈를 가질 수 있다.
폴리올레핀(71)은 약 50% 이하의 결정화도를 가질 수 있다. 폴리올레핀(71)이 상기 범위의 결정화도를 가짐으로써 헤이즈를 낮출 수 있어 우수한 광학 특성을 달성할 수 있다. 구체적으로 폴리올레핀(71)은 약 30% 내지 약 50%의 결정화도를 가질 수 있다.
폴리올레핀(71)은 약 400 내지 780nm의 파장 영역에서 투과도가 약 85% 이상일 수 있다. 폴리올레핀(71)은 일축 방향으로 연신되어 있다. 상기 일축 방향은 후술하는 이색성 염료(72)의 길이 방향과 같을 수 있다.
이색성 염료(72)는 폴리올레핀(71)에 분산되어 있으며, 폴리올레핀(71)의 연신 방향을 따라 일 방향으로 배열되어 있다. 이색성 염료(72)는 소정 파장 영역에 대하여 두 개의 편광 직교 성분 중 하나의 편광 직교 성분만을 투과시킬 수 있다.
이색성 염료(72)는 폴리올레핀(71) 100 중량부에 대하여 약 0.01 내지 5 중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함됨으로써 편광 필름으로 형성시 투과도를 저하시키지 않으면서도 충분한 편광 특성을 나타낼 수 있다. 상기 범위 내에서 폴리올레핀(71) 100 중량부에 대하여 약 0.05 내지 1 중량부로 포함될 수 있다.
편광 필름(110)은 가시광선 영역의 최대 흡수 파장(λmax)에서 이색비(dichroic ratio)가 약 2 내지 14일 수 있다. 상기 범위 내에서 약 3 내지 10일 수 있다. 여기서 이색비는 고분자의 축(axis)에 수직한 방향의 평면 편광 흡수를 그의 수평한 방향으로의 편광 흡수로 나눈 값으로, 하기 수학식 1에 의해 구해질 수 있다.
[수학식 1]
DR = Log(1/T⊥) / Log(1/T∥)
상기 수학식 1에서,
DR은 편광 필름의 이색비이고,
T∥는 편광 필름의 투과축에 평행으로 입사한 빛에 대한 편광 필름의 광 투과도이고,
T⊥는 편광 필름의 투과축에 수직으로 입사한 빛에 대한 편광 필름의 광 투과도이다.
상기 이색비는 편광 필름(110) 내에서 이색성 염료(72)가 일 방향으로 나란히 배열되어 있는 정도를 나타낼 수 있으며, 가시광선 파장 영역에서 상기 범위의 이색비를 가짐으로써 폴리올레핀 사슬의 배향에 따라 이색성 염료(72)의 배향을 유도할 수 있어서 편광 특성을 개선할 수 있다.
편광 필름(110)은 약 80% 이상의 편광 효율을 가질 수 있으며, 상기 범위 내에서 약 83 내지 99.9%의 편광 효율을 가질 수 있다. 여기서 편광 효율은 하기 수학식 2에 의해 구해질 수 있다.
[수학식 2]
PE (%) = [(T∥-T⊥)/(T∥+T⊥)]1/2 ⅹ 100
상기 수학식 2에서,
PE는 편광 효율이고,
T∥는 편광 필름의 투과축에 평행으로 입사한 빛에 대한 편광 필름의 투과도이고,
T⊥는 편광 필름의 투과축에 수직으로 입사한 빛에 대한 편광 필름의 투과도이다.
편광 필름(110)은 약 100㎛ 이하의 비교적 얇은 두께를 가질 수 있으며, 예컨대 약 30㎛ 내지 약 95㎛의 두께를 가질 수 있다. 상기 범위의 두께를 가짐으로써 트리아세틸셀룰로오즈(TAC)과 같은 보호층이 요구되는 폴리비닐알코올 편광판과 비교하여 두께를 크게 줄일 수 있고 이에 따라 박형 표시 장치를 구현할 수 있다.
제1 위상 지연층(120a)과 제2 위상 지연층(120b)은 각각 액정을 포함하는 이방성 액정층일 수 있다.
상기 액정은 일 방향으로 뻗은 강직 막대(rigid-rod) 모양 또는 넓적한 디스크 모양일 수 있으며, 예컨대 모노머, 올리고머 및/또는 중합체일 수 있다.
상기 액정은 반응성 메조겐 액정(reactive mesogenic liquid crystal)일 수 있으며, 예컨대 하나 이상의 반응성 가교기를 가질 수 있다. 상기 반응성 메조겐 액정은 예컨대 하나 이상의 반응성 가교기를 갖는 막대형의 방향족 유도체, 프로필렌글리콜 1-메틸, 프로필렌글리콜 2-아세테이트 및 P1-A1-(Z1-A2)n-P2로 표현되는 화합물(여기서 P1과 P2는 각각 독립적으로 아크릴레이트(acrylate), 메타크릴레이트(methacrylate), 비닐(vinyl), 비닐옥시(vinyloxy), 에폭시(epoxy) 또는 이들의 조합을 포함하고, A1과 A2는 각각 독립적으로 1,4-페닐렌(1,4-phenylene), 나프탈렌(naphthalene)-2,6-디일(diyl)기 또는 이들의 조합을 포함하고, Z1은 단일결합, -COO-, -OCO- 또는 이들의 조합을 포함하고, n은 0, 1 또는 2이다) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 위상 지연층(120a)의 액정과 제2 위상 지연층(120b)의 액정은 각각 독립적으로 양 또는 음의 복굴절 값(Δn)을 가질 수 있다. 상기 복굴절 값(Δn)은 광축(optical axis)에 대하여 수평으로 진행하는 빛의 굴절률(ne)에서 광축에 대하여 수직으로 진행하는 빛의 굴절률(no)을 뺀 값이다. 상기 액정은 광축을 따라 일 방향으로 배향될 수 있다.
예컨대 제1 위상 지연층(120a)의 액정과 제2 위상 지연층(120b)의 액정은 각각 독립적으로 하기 관계식 1A 또는 1B를 만족하는 굴절률을 가질 수 있다.
[관계식 1A]
nx > ny = nz
[관계식 1B]
nx < ny = nz
상기 관계식 1A 또는 1B에서,
nx는 제1 위상 지연층과 제2 위상 지연층의 지상축(slow axis)에서의 굴절률이고, ny는 제1 위상 지연층과 제2 위상 지연층의 진상축(fast axis)에서의 굴절률이고, nz는 nx 및 ny에 수직 방향의 굴절률이다.
일 예로, 제1 위상 지연층(120a)의 액정과 제2 위상 지연층(120b)의 액정은 각각 관계식 1A를 만족하는 굴절률을 가질 수 있다.
일 예로, 제1 위상 지연층(120a)의 액정과 제2 위상 지연층(120b)의 액정은 각각 관계식 1B를 만족하는 굴절률을 가질 수 있다.
일 예로, 제1 위상 지연층(120a)의 액정은 관계식 1A를 만족하는 굴절률을 가질 수 있고 제2 위상 지연층(120b)의 액정은 관계식 1B를 만족하는 굴절률을 가질 수 있다.
일 예로, 제1 위상 지연층(120a)의 액정은 관계식 1B를 만족하는 굴절률을 가질 수 있고 제2 위상 지연층(120b)의 액정은 관계식 1A를 만족하는 굴절률을 가질 수 있다.
제1 위상 지연층(120a)과 제2 위상 지연층(120b)은 각각 정파장 분산 위상 지연을 가질 수 있으며, 제1 위상 지연층(120a)과 제2 위상 지연층(120b)의 조합은 역파장 분산 위상 지연을 가질 수 있다. 여기서 정파장 분산 위상 지연은 단파장의 빛에 대한 위상차가 장파장의 빛에 대한 위상차보다 더 큰 것을 말하고, 역파장 분산 위상 지연은 장파장의 빛에 대한 위상차가 단파장의 빛에 대한 위상차보다 더 큰 것을 말한다.
상기 위상 지연은 면내 위상차로 나타낼 수 있으며, 제1 위상 지연층(120a)의 면내 위상차(Re1)는 Re1=(nx1-ny1)d1으로 표현될 수 있고, 제2 위상 지연층(120b)의 면내 위상차(Re2)는 Re2=(nx2-ny2)d2으로 표현될 수 있고, 제1 위상 지연층(120a)과 제2 위상 지연층(120b)의 전체 면내 위상차(Re0)는 Re0=(nx0-ny0)d0로 표현될 수 있다. 여기서 nx1는 제1 위상 지연층(120a)의 지상축에서의 굴절률이고, ny1는 제1 위상 지연층(120a)의 진상축에서의 굴절률이고, d1은 제1 위상 지연층(120a)의 두께이고, nx2는 제2 위상 지연층(120b)의 지상축에서의 굴절률이고, ny2는 제2 위상 지연층(120b)의 진상축에서의 굴절률이고, d2는 제2 위상 지연층(120b)의 두께이고, nx0는 제1 위상 지연층(120a)과 제2 위상 지연층(120b)의 조합의 지상축에서의 굴절률이고, ny0는 제1 위상 지연층(120a)과 제2 위상 지연층(120b)의 조합의 진상축에서의 굴절률이고 d0은 제1 위상 지연층(120a)과 제2 위상 지연층(120b)의 두께 합이다.
따라서 제1 위상 지연층(120a) 및 제2 위상 지연층(120b)의 지상축 및/또는 진상축에서의 굴절률 및/또는 두께를 변화하여 소정 범위의 면내 위상차(Re1, Re2)를 가지도록 조절할 수 있다.
일 예로, 기준파장에 대한 제1 위상 지연층(120a)의 면내 위상차(Re1)는 약 230nm 내지 300nm일 수 있고, 기준 파장의 입사광에 대한 제2 위상 지연층(120b)의 면내 위상차(Re2)는 약 110nm 내지 160nm일 수 있고, 기준 파장의 입사광에 대한 제1 위상 지연층(120a)과 제2 위상 지연층(120b)의 전체 면내 위상차는 제1 위상 지연층(120a)의 면내 위상차(Re1)와 제2 위상 지연층(120b)의 면내 위상차(Re2)의 차이 값일 수 있다. 예컨대 기준 파장의 입사광에 대한 제1 위상 지연층(120a)과 제2 위상 지연층(120b)의 전체 면내 위상차(Re0)는 약 110nm 내지 160nm 일 수 있다.
제1 위상 지연층(120a)과 제2 위상 지연층(120b)은 전술한 바와 같이 단파장의 빛에 대한 위상차가 장파장의 빛에 대한 위상차보다 클 수 있으며, 예컨대 450nm, 550nm 및 650nm 파장에 대한 제1 위상 지연층(120a)의 면내 위상차(Re1)는 Re1(450nm)>Re1(550nm)>Re1(650nm)을 만족할 수 있으며 제2 위상 지연층(120b)의 면내 위상차(Re2)는 Re2(450nm)>Re2(550nm)>Re2(650nm)을 만족할 수 있다.
제1 위상 지연층(120a)과 제2 위상 지연층(120b)의 조합은 전술한 바와 같이 장파장의 빛에 대한 위상차가 단파장의 빛에 대한 위상차보다 클 수 있으며, 예컨대 450nm, 550nm 및 650nm 파장에 대한 제1 위상 지연층(120a)과 제2 위상 지연층(120b)의 전체 면내 위상차(Re0)는 Re0(450nm)≤Re0(550nm)<Re0(650nm) 또는 Re0(450nm)<Re0(550nm)≤Re0(650nm)을 만족할 수 있다.
기준 파장에 대한 단파장의 위상차 변화 정도는 단파장 분산성으로 나타낼 수 있으며, 제1 위상 지연층(120a)의 단파장 분산성은 Re1(450nm)/Re1(550nm)으로 표현될 수 있고 제2 위상 지연층(120b)의 단파장 분산성은 Re2(450nm)/Re2(550nm)으로 표현될 수 있다. 예컨대, 제1 위상 지연층(120a)과 제2 위상 지연층(120b)의 단파장 분산성은 각각 약 1.1 내지 1.2일 수 있고, 제1 위상 지연층(120a)과 제2 위상 지연층(120b)의 전체 단파장 분산성은 약 0.70 내지 0.99일 수 있다.
기준 파장에 대한 장파장의 위상차 변화 정도는 장파장 분산성으로 나타낼 수 있으며, 제1 위상 지연층(120a)의 장파장 분산성은 Re1(650nm)/Re1(550nm)으로 표현될 수 있고 제2 위상 지연층(120b)의 장파장 분산성은 Re2(650nm)/Re2(550nm)으로 표현될 수 있다. 예컨대, 제1 위상 지연층(120a)과 제2 위상 지연층(120b)의 장파장 분산성은 각각 약 0.9 내지 1.0일 수 있고, 제1 위상 지연층(120a)과 제2 위상 지연층(120b)의 전체 장파장 분산성은 약 1.01 내지 1.20일 수 있다.
한편, 제1 위상 지연층(120a)의 두께 방향 위상차(Rth1)는 Rth1={[(nx1 +ny1)/2]-nz1}d1으로 표현될 수 있고, 제2 위상 지연층(120b)의 두께 방향 위상차(Rth2)는 Rth2={[(nx2+ny2)/2]-nz2}d2으로 표현될 수 있고, 제1 위상 지연층(120a)과 제2 위상 지연층(120b)의 조합의 두께 방향 위상차(Rth0)는 Rth0={[(nx0 +ny0)/2]-nz0}d0으로 표현될 수 있다. 여기서 nx1는 제1 위상 지연층(120a)의 지상축에서의 굴절률이고, ny1는 제1 위상 지연층(120a)의 진상축에서의 굴절률이고, nz1은 nx1 및 ny1에 수직한 방향에서의 굴절률이고, nx2는 제2 위상 지연층(120b)의 지상축에서의 굴절률이고, ny2는 제2 위상 지연층(120b)의 진상축에서의 굴절률이고, nz2은 nx2 및 ny2에 수직한 방향에서의 굴절률이고, nx0는 위상 지연층(120)의 지상축에서의 굴절률이고, ny0는 위상 지연층(120)의 진상축에서의 굴절률이고, nz0은 nx0 및 ny0에 수직한 방향에서의 굴절률이다.
제1 위상 지연층(120a)과 제2 위상 지연층(120b)의 두께 방향 위상차(Rth0)는 제1 위상 지연층(120a)의 두께 방향 위상차(Rth1)와 제2 위상 지연층(120b)의 두께 방향 위상차(Rth2)의 합으로 표현될 수 있다. 일 예로, 기준파장에 대한 제1 위상 지연층(120a)과 제2 위상 지연층(120b)의 두께 방향 위상차(Rth0)는 약 -250nm 내지 250nm일 수 있다.
제1 위상 지연층(120a)과 제2 위상 지연층(120b)은 각각 5㎛ 이하의 두께를 가질 수 있다. 예컨대 제1 위상 지연층(120a)과 제2 위상 지연층(120b)은 각각 약 0.5㎛ 내지 5㎛의 두께를 가질 수 있다. 예컨대 제1 위상 지연층(120a)과 제2 지연층(120b)의 두께 합은 약 1㎛ 내지 10㎛일 수 있고, 상기 범위 내에서 약 2㎛ 내지 8㎛일 수 있다.
이와 같이 제1 위상 지연층(120a)과 제2 위상 지연층(120b)은 기존의 고분자 위상 지연층과 비교하여 크게 감소된 두께를 가짐으로써 광학 필름(300)의 두께를 크게 줄일 수 있다. 따라서 광학 필름(300)이 적용된 표시 장치의 두께 또한 줄일 수 있어서 박형 표시 장치를 구현할 수 있다.
제1 위상 지연층(120a)과 제2 위상 지연층(120b)은 각각 후술하는 제1 및 제2 점착제(115a, 115b)보다 얇을 수 있다.
제1 위상 지연층(120a)과 제2 위상 지연층(120b)은 기재 위에 액정 용액을 적용하여 형성될 수 있다. 이 때 제1 위상 지연층(120a)과 제2 위상 지연층(120b)은 각각의 기재 위에 형성될 수도 있고 하나의 기재 위에 차례로 형성될 수도 있다. 상기 기재는 예컨대 트리아세릴셀룰로오스(TAC)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 액정 용액은 액정과 예컨대 톨루엔, 크실렌, 사이클로헥사논과 같은 용매를 포함할 수 있으며, 상기 액정 용액은 예컨대 스핀 코팅, 바 코팅, 슬릿 코팅 또는 잉크젯 코팅과 같은 용액 공정으로 상기 기재 위에 적용될 수 있다. 이어서 상기 액정 용액을 건조하는 단계 및 예컨대 UV를 사용하여 액정을 경화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
광학 특성이 제어된 제1 위상 지연층(120a)과 제2 위상 지연층(120b)은 각각 준비되고 이들을 접합함으로써 역파장 분산 지연을 구현할 수 있고 가시광선 전 영역에서 λ/4 위상차가 나타날 수 있다. 이에 따라 제1 위상 지연층(120a)과 제2 위상 지연층(120b)은 원편광 보상 기능을 효과적으로 구현할 수 있고 전술한 편광 필름(110)과 함께 광학 필름을 형성하여 표시 장치의 표시 특성을 개선할 수 있다.
편광 필름(110)과 제1 위상 지연층(120a), 그리고 제1 위상 지연층(120a)과 제2 위상 지연층(120b)은 각각 제1 및 제2 점착제(115a, 115b)를 개재하여 결합되어 있다. 제1 및 제2 점착제(115a, 115b)는 예컨대 감압 점착제(pressure sensitive adhesive, PSA)일 수 있다.
제1 및 제2 점착제(115a, 115b)는 점착성 수지를 포함하는 조성물 또는 그 경화물일 수 있다.
상기 점착성 수지는 예컨대 (메타)아크릴 수지, 우레탄 수지, 폴리이소부틸렌 수지, 스티렌 부타디엔 고무, 폴리비닐에테르 수지, 에폭시 수지, 멜라민 수지, 폴리에스테르 수지, 페놀 수지, 실리콘 수지, 이들의 유도체, 이들의 공중합체 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 점착성 수지는 예컨대 적어도 1종의 모노머 및/또는 올리고머, 반응개시제 및 가교제로부터 합성될 수 있다. 상기 적어도 1종의 모노머 및/또는 올리고머는 예컨대 알킬(메타)아크릴레이트를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 반응개시제는 예컨대 벤조일퍼옥사이드, 아세틸퍼옥사이드, 다이아우릴퍼옥사이드, 하이드로겐퍼옥사이드, 포타슘 퍼설퍼네이트, 2,2'-아조비스이소부티로니트릴(azobisisobutyronitrile, AIBN) 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 가교제는 예컨대 이소시아네이트 화합물, 에폭시 화합물, 아지리딘 화합물, 금속 킬레이트 화합물 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 점착성 수지는 예컨대 히드록시기, 카르복실기, 질소 함유 작용기 또는 이들의 조합을 가질 수 있다.
상기 점착성 수지는 예컨대 약 500,000 내지 약 1,800,000의 중량 평균 분자량(Mw)을 가질 수 있고, 상기 범위 내에서 약 600,000 내지 1,500,000의 중량 평균 분자량(Mw)를 가질 수 있다.
제1 및 제2 점착제(115a, 115b)는 예컨대 각각 약 5㎛ 내지 25㎛의 두께를 가질 수 있다. 상기 범위 내에서 제1 및 제2 점착제(115a, 115b)는 예컨대 각각 약 5㎛ 내지 12㎛의 두께를 가질 수 있다.
제1 및/또는 제2 점착제(115a, 115b)은 주파수 10Hz 및 상온(25℃)에서 약 0.2MPa 이상의 저장 탄성율(storage modulus)을 가질 수 있다.
전술한 바와 같이, 제1 위상 지연층(120a)과 제2 위상 지연층(120b)은 약 0.5㎛ 내지 5㎛의 매우 얇은 두께를 가질 수 있다. 제1 위상 지연층(120a)과 제2 위상 지연층(120b)의 두께는 각각 제1 또는 제2 점착제(115a, 115b)보다 얇을 수 있으며, 예컨대 제1 위상 지연층(120a)과 제2 위상 지연층(120b)의 두께는 제1 또는 제2 점착제(115a, 115b)의 두께의 약 0.05 내지 0.8배일 수 있다.
본 구현예는 제1 위상 지연층(120a) 및/또는 제2 위상 지연층(120b)과 맞닿아 있는 제1 및/또는 제2 점착제(115a, 115b)의 저장 탄성율을 조절함으로써 얇은 두께의 제1 위상 지연층(120a)과 제2 위상 지연층(120b)의 내구성을 확보할 수 있다. 즉 제1 및/또는 제2 점착제(115a, 115b)의 저장 탄성률이 약 0.2MPa 이상일 때 얇은 두께의 제1 위상 지연층(120a) 및/또는 제2 위상 지연층(120b)에 크랙(crack) 및/또는 주름의 발생을 감소시킬 수 있다.
더구나 제1 및/또는 제2 점착제(115a, 115b)의 저장 탄성률이 약 0.2MPa 이상일 때, 광학 필름(300)을 접거나 구부릴 때 제1 위상 지연층(120a) 및/또는 제2 위상 지연층(120b)의 접힌 부분에서 크랙 및/또는 주름의 발생을 현저하게 감소시킬 수 있다. 이에 따라 광학 필름(300)의 외관 변형을 줄일 수 있고 이에 따라 폴더블(foldable) 표시 장치 또는 벤더블(bendable) 표시 장치와 같은 플렉서블 표시 장치에 효과적으로 적용될 수 있고 광학 필름(300)을 적용한 표시 장치의 표시 특성을 개선할 수 있다.
제1 및/또는 제2 점착제(115a, 115b)의 저장 탄성률은 상기 범위 내에서 약 0.2MPa 내지 8GPa 일 수 있다. 제1 및/또는 제2 점착제(115a, 115b)의 저장 탄성률은 상기 범위 내에서 약 0.7MPa 이상일 수 있으며, 상기 범위 내에서 약 0.7MPa 내지 8GPa 일 수 있다.
제1 및/또는 제2 점착제(115a, 115b)는 제1 위상 지연층(120a) 또는 제2 위상 지연층(120b)에 대한 상온에서의 180° 박리력이 약 1500gf/25mm 이상일 수 있다. 여기서 180° 박리력은 제1 또는 제2 위상 지연층(120a, 120b), 제1 및/또는 제2 점착제(115a, 115b) 및 고분자 필름이 차례로 적용된 샘플을 경화한 후 상기 고분자 필름을 180°로 꺾어 올려 제1 또는 제2 위상 지연층(120a, 120b)과 제1 및/또는 제2 점착제(115a, 115b) 사이의 접착성을 평가하는 지표이다. 상기 범위 내에서 약 1500gf/25mm 내지 5000gf/25mm 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
광학 필름(300)은 보정층(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다. 보정층은 예컨대 색 변이 방지층(color shift resistant layer)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
광학 필름(300)은 가장자리를 따라 뻗어 있는 차광층(light blocking layer)(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다. 차광층은 광학 필름(300)의 둘레를 따라 띠의 형태로 형성될 수 있으며, 예컨대 편광 필름(110)과 제1 위상 지연층(120a) 사이에 위치할 수 있다. 차광층은 불투명한 물질, 예컨대 검은 색의 물질을 포함할 수 있다. 예컨대 차광층은 검은 색 잉크로 만들어질 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 구현예에 따른 광학 필름(300)은 광학 특성이 제어된 제1 위상 지연층(120a)과 제2 위상 지연층(120b)을 접합함으로써 역파장 분산 지연을 구현하여 가시광선 전 영역에서 λ/4 위상차가 나타날 수 있도록 할 수 있다. 이에 따라 제1 및 제2 위상 지연층(120a, 120b)은 조합되어 원편광 보상 기능을 효과적으로 구현할 수 있고 편광 필름(110)과 함께 광학 필름을 형성하여 표시 장치의 표시 특성을 개선할 수 있다.
또한 본 구현예에 따른 광학 필름(300)은 매우 얇은 두께를 가지는 제1 위상 지연층(120a)과 제2 위상 지연층(120b)을 사용함으로써 광학 필름(300)의 두께를 크게 줄일 수 있다. 따라서 광학 필름(300)이 적용된 표시 장치의 두께 또한 줄일 수 있어서 박형 표시 장치를 구현할 수 있다.
또한 제1 위상 지연층(120a) 및/또는 제2 위상 지연층(120b)과 맞닿은 제1 점착제(115a) 및/또는 제2 점착제(115b)의 저장 모듈러스를 조절함으로써 상온 및 고온에서 제1 위상 지연층(120a)과 제2 위상 지연층(120b)에 크랙이나 주름의 발생을 감소시키고 내구성을 확보할 수 있다. 따라서 광학 필름(300)이 적용된 표시 장치의 표시 특성을 개선할 수 있다.
또한 상기와 같이 제1 위상 지연층(120a)과 제2 위상 지연층(120b)의 내구성을 확보함으로써 광학 필름(300)을 접거나 구부릴 때 제1 위상 지연층(120a) 및 제2 위상 지연층(120b)의 접힌 부분에서 크랙이나 주름이 현저하게 감소될 수 있고, 이에 따라 폴더블 표시 장치 또는 벤더블 표시 장치와 같은 플렉서블 표시 장치에 효과적으로 적용될 수 있다.
전술한 광학 필름(300)은 다양한 표시 장치에 적용될 수 있다.
일 구현예에 따른 표시 장치는 표시 패널, 그리고 표시 패널의 일면에 위치하는 광학 필름을 포함한다. 표시 패널은 액정 표시 패널 또는 유기 발광 표시 패널일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하 표시 장치의 일 예로 유기 발광 표시 장치에 대하여 설명한다.
도 4는 일 구현예에 따른 유기 발광 표시 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4를 참고하면, 일 구현예에 따른 유기 발광 표시 장치는 유기 발광 표시 패널(400), 그리고 유기 발광 표시 패널(400)의 일면에 위치하는 광학 필름(300)을 포함한다.
유기 발광 표시 패널(400)은 베이스 기판(410), 하부 전극(420), 유기 발광층(430), 상부 전극(440) 및 봉지 기판(450)을 포함할 수 있다.
베이스 기판(410)은 유리 또는 플라스틱으로 만들어질 수 있다.
하부 전극(420) 및 상부 전극(440) 중 하나는 애노드(anode)이고 다른 하나는 캐소드(cathode)일 수 있다. 애노드는 정공(hole)이 주입되는 전극으로, 일 함수(work function)가 높고 발광된 빛이 외부로 나올 수 있는 투명 도전 물질로 만들어질 수 있으며 예컨대 ITO 또는 IZO 일 수 있다. 캐소드는 전자(electrode)가 주입되는 전극으로, 일 함수가 낮고 유기 물질에 영향을 미치지 않는 도전 물질로 만들어질 수 있으며 예컨대 알루미늄(Al), 칼슘(Ca) 및 바륨(Ba)에서 선택될 수 있다.
유기 발광층(430)은 하부 전극(420)과 상부 전극(440)에 전압이 인가되었을 때 빛을 낼 수 있는 유기 물질을 포함한다.
하부 전극(420)과 유기 발광층(430) 사이 및 상부 전극(440)과 유기 발광층(430) 사이에는 부대층(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다. 부대층은 전자와 정공의 균형을 맞추기 위한 정공 전달층(hole transporting layer), 정공 주입층(hole injecting layer), 전자 주입층(electron injecting layer) 및 전자 전달층(electron transporting layer)을 포함할 수 있다.
봉지 기판(450)은 유리, 금속 또는 고분자로 만들어질 수 있으며, 하부 전극(420), 유기 발광층(430) 및 상부 전극(440)을 봉지하여 외부로부터 수분 및/또는 산소가 유입되는 것을 방지할 수 있다.
유기 발광 표시 패널(400)은 플렉서블 표시 패널일 수 있다.
광학 필름(300)은 빛이 나오는 측에 배치될 수 있다. 예컨대 베이스 기판(410) 측으로 빛이 나오는 배면 발광(bottom emission) 구조인 경우 베이스 기판(410)의 외측에 배치될 수 있고, 봉지 기판(450) 측으로 빛이 나오는 전면 발광(top emission) 구조인 경우 봉지 기판(450)의 외측에 배치될 수 있다.
광학 필름(300)은 전술한 바와 같이 폴리올레핀과 이색성 염료의 용융 혼합물로 만들어진 일체형의 편광 필름(110), 액정성 이방층인 제1 및 제2 위상 지연층(120a, 120b), 그리고 제1 및 제2 점착제(115a, 115b)를 포함한다. 편광 필름(110), 제1 및 제2 위상 지연층(120a, 120b) 및 제1 및 제2 점착제(115a, 115b)는 각각 전술한 바와 같으며, 편광 필름(110)을 통과한 빛이 유기 발광 표시 패널(400)의 전극 등과 같은 금속에 의해 반사되어 표시 장치의 외측으로 나오는 것을 방지하여 외부로부터 유입되는 광에 의한 시인성 저하를 방지할 수 있다. 따라서 유기 발광 표시 장치의 표시 특성을 개선할 수 있다.
이하 표시 장치의 일 예로 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.
도 5는 일 구현예에 따른 액정 표시 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5를 참고하면, 일 구현예에 따른 액정 표시 장치는 액정 표시 패널(500), 그리고 액정 표시 패널(500)의 일면 또는 양면에 위치하는 광학 필름(300)을 포함한다.
액정 표시 패널(500)은 트위스트 네마틱(twist nematic, TN) 모드, 수직 배향(patterned vertical alignment, PVA) 모드, 평면 정렬 스위칭(in plane switching, IPS) 모드, OCB(optically compensated bend) 모드 등일 수 있다.
액정 표시 패널(500)은 제1 표시판(510), 제2 표시판(520) 및 제1 표시판(510)과 제2 표시판(520) 사이에 개재되어 있는 액정층(530)을 포함한다.
제1 표시판(510)은 예컨대 기판(도시하지 않음) 위에 형성되어 있는 박막 트랜지스터(도시하지 않음) 및 이에 연결되어 있는 제1 전기장 생성 전극(도시하지 않음)을 포함할 수 있고, 제2 표시판(520)은 예컨대 기판(도시하지 않음) 위에 형성되어 있는 색 필터(도시하지 않음) 및 제2 전기장 생성 전극(도시하지 않음)을 포함할 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고 색 필터가 제1 표시판(510)에 포함될 수도 있고, 제1 전기장 생성 전극과 제2 전기장 생성 전극이 제1 표시판(510)에 함께 위치할 수도 있다.
액정층(530)은 복수의 액정 분자를 포함할 수 있다. 액정 분자는 양 또는 음의 유전율 이방성을 가질 수 있다. 액정 분자가 양의 유전율 이방성을 가지는 경우 전기장이 없는 상태에서 그 장축이 제1 표시판(510)과 제2 표시판(520)의 표면에 대하여 거의 평행을 이루도록 배향되고 전기장이 인가된 상태에서 그 장축이 제1 표시판(510)과 제2 표시판(520)의 표면에 대하여 거의 수직을 이루도록 배향될 수 있다. 이와 반대로, 액정 분자가 음의 유전율 이방성을 가지는 경우 전기장이 없는 상태에서 그 장축이 제1 표시판(510)과 제2 표시판(520)의 표면에 대하여 거의 수직하게 배향되고 전기장이 인가된 상태에서 그 장축이 제1 표시판(510)과 제2 표시판(520)의 표면에 대하여 거의 평행하게 배향될 수 있다.
액정 표시 패널(500)은 플렉서블 표시 패널일 수 있다.
광학 필름(300)은 폴리올레핀과 이색성 염료의 용융 혼합물로 만들어진 일체형의 편광 필름(110), 액정성 이방층인 제1 및 제2 위상 지연층(120a, 120b), 그리고 제1 및 제2 점착제(115a, 115b)를 포함하며, 전술한 바와 같다.
광학 필름(300)는 액정 표시 패널(500)의 외측에 위치하며, 도면에서는 액정 표시 패널(500)의 하부 및 상부에 각각 형성된 것으로 도시하였지만, 이에 한정되지 않고 액정 표시 패널(500)의 하부 및 상부 중 어느 하나에만 형성될 수도 있다.
이하 실시예를 통하여 상술한 본 발명의 구현예를 보다 상세하게 설명한다. 다만 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
편광 필름의 제조
제조예 1
폴리프로필렌(PP)(HU300, 삼성토탈사)과 폴리프로필렌-폴레에틸렌 공중합체(PP-PE)(RJ581, 삼성토탈사)를 5:5(w/w)으로 포함한 폴리올레핀과 상기 폴리올레핀 100 중량부에 대하여 하기 화학식 A, B 및 C로 표현되는 이색성 염료를 각각 0.5, 0.2 및 0.3 중량부를 혼합한 편광필름용 조성물을 준비한다.
[화학식 A]
Figure 112015125271413-pat00001
[화학식 B]
Figure 112015125271413-pat00002
[화학식 C]
Figure 112015125271413-pat00003
상기 편광필름용 조성물을 약 250℃에서 DSM사 Micro-compounder를 사용하여 용융 혼합한다. 상기 용융 혼합물을 시트 모양의 몰드에 넣은 후 고온 고압 프레스로 가압하여 필름을 제조한다. 이어서 115℃에서 상기 필름을 1000% 배율로 일축 연신(Instron사 인장시험기 사용)하여 20um 두께의 편광 필름을 제조한다.
위상 지연층의 준비
제조예 2
100㎛ 두께의 PET 필름 위에 일 방향으로 광 배향 처리한 후 액정(MR2, Dai Nippon Printing Co., Ltd.)을 코팅한 후, 건조 오븐에서 60℃에서 1분 동안 건조하여 코팅 용매를 제거한다. 이어서 질소 충전된 용기에서 30초 동안 80mW/㎠ 세기의 자외선을 조사하여 액정을 광 가교시켜 하기 표 1의 광학적 특성을 가지는 λ/2 위상 지연층을 준비한다.
제조예 3
100㎛ 두께의 PET 필름 위에 일 방향으로 광 배향 처리한 후 액정(MR4, Dai Nippon Printing Co., Ltd.)를 코팅한 후, 건조 오븐에서 60℃에서 1분 동안 건조하여 코팅 용매를 제거한다. 이어서 질소 충전된 용기에서 30초 동안 80mW/㎠ 세기의 자외선을 조사하여 액정을 광 가교시켜 하기 표 1의 광학적 특성을 가지는 λ/4 위상 지연층을 준비한다.
면내위상차(Re) 파장 분산성 두께방향 위상차
(Rth)		 두께(㎛)
Re(550nm) Re(450nm)/Re(550nm) Re(650nm)/Re(550nm)
λ/2 240 1.16 0.97 110 2
λ/4 120 1.12 0.99 57 1
λ/2+λ/4 134 0.78 1.06 167 3
점착제의 준비
제조예 4
냉각기, 교반기, 온도계가 부착된 3구 플라스크에 아크릴산 2-에틸 헥실
(ethyl hexyl) 95중량부, 아크릴산 5중량부, 아세톤 350중량부를 첨가하여 충분히 질소 치환한다. 상기 용액을 질소 분위기에서 교반하면서 이 중합조를 80℃에 가열하고, 2,2’-아조비스 이소부티로니트릴(2,2'-azobis isobutyronitrile) 0.05중량부를 첨가하고, 2시간 반응시킨다. 이어서 2,2’-아조비스 이소부티로니트릴 0.05중량부를 더 첨가하고, 5 시간 반응시킨다. 반응 종료 후, 중합조를 냉각하고 초산에틸 100중량부를 첨가하여 아크릴 고분자 용액을 얻는다. 상기 아크릴 고분자 용액의 중량평균분자량은 약 800,000이다.
상기 아크릴 고분자 용액의 고형분 100 중량부에 대하여 변성 폴리이소시아네이트(polyisocyanate) (Hardner,Toyoink)를 고형분 기준으로 10 중량부를 첨가하여 점착제를 제조한다.
제조예 5
변성 폴리이소시아네이트를 고형분 기준으로 13 중량부 첨가한 것을 제외하고 제조예 4와 동일한 방법으로 점착제를 제조한다.
제조예 6
변성 폴리이소시아네이트를 고형분 기준으로 15 중량부 첨가한 것을 제외하고 제조예 4와 동일한 방법으로 점착제를 제조한다.
제조예 7
변성 폴리이소시아네이트를 고형분 기준으로 20 중량부 첨가한 것을 제외하고 제조예 4와 동일한 방법으로 점착제를 제조한다.
제조예 8
변성 폴리이소시아네이트를 고형분 기준으로 0.2 중량부 첨가한 것을 제외하고 제조예 4와 동일한 방법으로 점착제를 제조한다.
*제조예 9
변성 폴리이소시아네이트를 고형분 기준으로 5 중량부 첨가한 것을 제외하고 제조예 4와 동일한 방법으로 점착제를 제조한다.
평가 1: 점착제의 저장 탄성률
제조예 4 내지 9에 따른 점착제의 저장 탄성률을 측정한다.
두께 38㎛의 폴리에스테르 필름 위에 건조 후 점착제의 두께가 10㎛가 되도록 코팅하고 105℃에서 5분간 열처리하여 점착 필름을 준비한다. 이어서 점착 필름 여러 개를 겹쳐 500㎛ 두께의 점착 필름이 적층된 시료를 지름 8mm의 원형으로 절단한 시편을 준비하고, 저장 탄성률 측정기(Anton paar)를 사용하여 25℃의 온도 및 10Hz 주파수에서 저장 탄성률을 측정한다.
그 결과는 표 2와 같다.
저장 탄성률(MPa, 25℃)
제조예 4 0.28
제조예 5 0.72
제조예 6 0.79
제조예 7 1.60
제조예 8 0.065
제조예 9 0.12
경화성 점착제의 박리력 평가를 위한 샘플 준비
실시예 1
제조예 2에 따른 λ/2 위상 지연층에 제조예 4에 따른 점착제를 10㎛ 두께로 도포하고 105℃에서 5분간 열처리하여 7㎛ 두께의 점착 필름을 준비한다. 점착 필름 위에 두께 100㎛의 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름을 부착하여 샘플을 준비한다.
실시예 2
제조예 4에 따른 점착제 대신 제조예 5에 따른 점착제를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 샘플을 준비한다.
실시예 3
제조예 4에 따른 점착제 대신 제조예 6에 따른 점착제를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 샘플을 준비한다.
실시예 4
제조예 4에 따른 점착제 대신 제조예 7에 따른 점착제를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 샘플을 준비한다.
평가 2: 점착제의 박리력 평가
실시예 1 내지 4에 따른 샘플을 25mm x 200mm로 절단하고 텍스쳐 애널라이저(texture analyzer)를 사용하여 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름을 180도로 꺾어 박리하여 λ/2 위상 지연층과 점착제의 박리력을 평가한다.
그 결과는 표 3과 같다.
박리력(gf/25mm, 25℃)
실시예 1 2650
실시예 2 1530
실시예 3 2550
실시예 4 2520
표 3을 참고하면, 실시예 1 내지 4에 따른 샘플은 양호한 박리력을 나타내며 모두 약 1500gf/25mm 이상의 상온 박리력을 가지는 것을 확인할 수 있다.
광학 필름의 제조
실시예 5
제조예 1에 따른 편광 필름의 일면에 제조예 8에 따른 점착제를 7㎛ 두께로 도포한 후 상기 편광 필름과 제조예 2에 따른 λ/2 위상 지연층을 마주하게 배치한다. 이어서 PET 필름을 제거하면서 상기 점착제 위에 상기 λ/2 위상 지연층을 전사시켜 광학 필름을 제조한다. 이어서 상기 λ/2 위상 지연층의 일면에 제조예 5에 따른 점착제를 7㎛ 두께로 도포한다. 상기 점착제 위에 제조예 3에 따른 λ/4 위상 지연층을 마주보게 배치한 후 PET 필름을 제거하면서 상기 λ/4 위상 지연층을 전사하여 광학 필름을 제조한다. 상기 편광 필름의 광축은 0도, 상기 λ/2 위상 지연층의 지상축은 15도, 상기 λ/4 위상 지연층의 지상축은 75도이고, 광학 필름의 두께는 약 40 ㎛이다.
실시예 6
제조예 5에 따른 점착제 대신 제조예 6에 따른 점착제를 사용한 것을 제외하고 실시예 5와 동일한 방법으로 광학 필름을 제조한다.
실시예 7
제조예 8에 따른 점착제 대신 제조예 5에 따른 점착제를 사용한 것을 제외하고 실시예 5와 동일한 방법으로 광학 필름을 제조한다.
비교예 1
제조예 5에 따른 점착제 대신 제조예 8에 따른 점착제를 사용한 것을 제외하고 실시예 5와 동일한 방법으로 광학 필름을 제조한다.
평가 3: 고온 내구성 1
실시예 5 내지 7과 비교예 1에 따른 광학 필름의 고온 내구성을 평가한다.
고온 내구성은 static 굴곡 테스트로 수행하여 접힌 부분의 변형 및/또는 손상 여부로부터 평가하며, static 굴곡 테스트는 두 개의 스테인레스 판 사이에 실시예 5 내지 7과 비교예 1에 따른 광학 필름을 곡률 반경(r) 3mm가 되도록 접어서 고정하고 85℃에서 240시간 동안 방치한 후 펼쳐서 접힌 부분의 변형 여부로부터 평가한다.
그 결과는 도 6 내지 9와 같다.
도 6은 굴곡테스트를 수행한 후 반사판에 부착된 실시예 5에 따른 광학 필름의 외관 사진이고, 도 7은 굴곡테스트를 수행한 후 반사판이 부착된 실시예 6에 따른 광학 필름의 외관 사진이고, 도 8은 굴곡테스트를 수행한 후 반사판이 부착된 실시예 7에 따른 광학 필름의 외관 사진이고, 도 9는 굴곡테스트를 수행한 후 반사판이 부착된 비교예 1에 따른 광학 필름의 외관 사진이다.
도 6 내지 도 9를 참고하면, 실시예 5 내지 7에 따른 광학 필름은 접힌 부분에 크랙이나 주름이 발생하지 않은 것을 확인할 수 있는 반면 비교예 1에 따른 광학 필름은 접힌 부분에 사선을 따라 크랙 및 주름이 다량 발생한 것을 확인할 수 있다.
이로부터 실시예 5 내지 7에 따른 광학 필름은 외관 변형 없이 고온 내구성이 양호한 것을 확인할 수 있다.
평가 4: 고온 내구성 2
실시예 5와 비교예 1에 따른 광학 필름에 전술한 static 굴곡 테스트로 수행한 후의 위상차 변화를 확인한다.
static 굴곡 테스트 전에 광학측정장비(KOBRA)를 사용하여 초기 위상차를 측정하고 static 굴곡 테스트 후에 광학측정장비(KOBRA)를 사용하여 위상차를 다시 측정하여 변화 값을 확인한다.
그 결과는 표 4와 같다.
위상차 변화 값
실시예 5 1.90
비교예 1 2.60
표 4를 참고하면, 실시예 5에 따른 광학 필름은 접힌 부분에서 위상차 변화가 2.0 미만인데 반해 비교예 1에 따른 광학 필름은 접힌 부분에서 위상차 변화가 2.5 이상으로 큰 것을 확인할 수 있다. 구체적으로 실시예 5에 따른 광학 필름은 비교예 1에 따른 광학 필름에 비하여 약 30% 이상 위상차 변화 값이 적은 것을 확인할 수 있다.
이로부터 실시예 5에 따른 광학 필름은 광학 특성의 변형이 작으므로 고온 내구성이 양호한 것을 확인할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
300: 광학 필름 110: 편광 필름
115a, 115b: 점착제
120a: 제1 위상 지연층 120b: 제2 위상 지연층
50: 표시 패널 400: 유기 발광 표시 패널
410: 베이스 기판 420: 하부 전극
430: 유기 발광층 440: 상부 전극
450: 봉지 기판 500: 액정 표시 패널
510: 제1 표시판 520: 제2 표시판
530: 액정층

Claims (19)

  1. 폴리올레핀과 이색성 염료를 포함하는 편광 필름,
    상기 편광 필름의 일면에 위치하고 액정을 포함하는 제1 위상 지연층,
    상기 제1 위상 지연층의 일면에 위치하고 액정을 포함하는 제2 위상 지연층,
    상기 편광 필름과 상기 제1 위상 지연층 사이에 위치하고 상기 제1 위상 지연층에 맞닿아 있는 제1 점착제, 그리고
    상기 제1 위상 지연층과 상기 제2 위상 지연층 사이에 위치하고 상기 제1 위상 지연층과 상기 제2 위상 지연층에 각각 맞닿아 있는 제2 점착제
    를 포함하고,
    상기 제1 위상 지연층과 상기 제2 위상 지연층은 각각 상기 제1 점착제 및 상기 제2 점착제보다 얇고,
    상기 제1 점착제와 상기 제2 점착제는 각각 주파수 10Hz에서 0.2MPa 이상의 상온 저장 탄성율을 가지는 광학 필름.
  2. 제1항에서,
    상기 점착제는 (메타)아크릴 화합물, 우레탄 화합물, 폴리이소부틸렌 화합물, 스티렌 부타디엔 고무, 폴리비닐에테르 화합물, 에폭시 화합물, 멜라민 화합물, 폴리에스테르 화합물, 페놀 화합물, 실리콘 화합물, 이들의 유도체, 이들의 공중합체 또는 이들의 조합을 포함하는 광학 필름.
  3. 제1항에서,
    상기 점착제는 히드록시기, 카르복실기, 질소 함유 작용기 또는 이들의 조합을 가지는 수지를 포함하는 광학 필름.
  4. 제1항에서,
    상기 점착제는 이소시아네이트 화합물, 에폭시 화합물, 아지리딘 화합물, 금속 킬레이트 화합물 또는 이들의 조합을 포함하는 가교제를 사용하여 가교된 수지인 광학 필름.
  5. 삭제
  6. 제1항에서,
    상기 제1 위상 지연층과 상기 제2 위상 지연층의 두께는 각각 상기 제1 점착제 또는 상기 제2 점착제의 두께의 0.05 내지 0.8배인 광학 필름.
  7. 제1항에서,
    상기 제1 점착제와 상기 제2 점착제의 두께는 각각 5㎛ 내지 25㎛이고,
    상기 제1 위상 지연층과 상기 제2 위상 지연층의 두께는 각각 0.5㎛ 내지 5㎛인
    광학 필름.
  8. 제1항에서,
    상기 제1 위상 지연층과 상기 제2 위상 지연층의 두께 합은 1㎛ 내지 10㎛인 광학 필름.
  9. 제1항에서,
    상기 제1 점착제와 상기 제2 점착제 중 적어도 하나는 주파수 10Hz에서 0.2MPa 내지 8GPa의 상온 저장 탄성율을 가지는 광학 필름.
  10. 제1항에서,
    상기 제1 점착제와 상기 제2 점착제 중 적어도 하나는 상기 제1 위상 지연층 또는 상기 제2 위상 지연층에 대한 상온에서의 180° 박리력이 1500gf/25mm 이상인 광학 필름.
  11. 제1항에서,
    상기 제1 위상 지연층과 상기 제2 위상 지연층 중 어느 하나는 550nm 파장에 대한 면내 위상차가 230nm 내지 300nm이고,
    상기 제1 위상 지연층과 상기 제2 위상 지연층 중 다른 하나는 550nm 파장에 대한 면내 위상차가 110nm 내지 160nm인
    광학 필름.
  12. 제1항에서,
    상기 제1 위상 지연층의 액정과 상기 제2 위상 지연층의 액정은 각각 독립적으로 하기 관계식 1A 또는 1B를 만족하는 굴절률을 가지는 광학 필름:
    [관계식 1A]
    nx > ny = nz
    [관계식 1B]
    nx < ny = nz
    상기 관계식 1A 및 1B에서,
    nx는 상기 제1 위상 지연층과 상기 제2 위상 지연층의 지상축(slow axis)에서의 굴절률이고, ny는 상기 제1 위상 지연층과 제2 위상 지연층의 진상축(fast axis)에서의 굴절률이고, nz는 nx 및 ny에 수직 방향의 굴절률이다.
  13. 제1항에서,
    450nm, 550nm 및 650nm 파장에 대한 상기 제1 위상 지연층의 면내 위상차(Re1)는 Re1(450nm)>Re1(550nm)>Re1(650nm)을 만족하고,
    450nm, 550nm 및 650nm 파장에 대한 상기 제2 위상 지연층의 면내 위상차(Re2)는 Re2(450nm)>Re2(550nm)>Re2(650nm)을 만족하고,
    450nm, 550nm 및 650nm 파장에 대한 상기 제1 위상 지연층과 상기 제2 위상 지연층의 전체 면내 위상차(Re0)는 Re0(450nm)≤Re0(550nm)<Re0(650nm) 또는 Re0(450nm)<Re0(550nm)≤Re0(650nm)을 만족하는 광학 필름.
  14. 제13항에서,
    상기 제1 위상 지연층과 상기 제2 위상 지연층의 단파장 분산성은 각각 1.1 내지 1.2이고,
    상기 제1 위상 지연층과 상기 제2 위상 지연층의 전체 단파장 분산성은 0.70 내지 0.99인 광학 필름.
  15. 제13항에서,
    상기 제1 위상 지연층과 상기 제2 위상 지연층의 장파장 분산성은 각각 0.9 내지 1.0이고,
    상기 제1 위상 지연층과 상기 제2 위상 지연층의 전체 장파장 분산성은 1.01 내지 1.20인 광학 필름.
  16. 제1항에서,
    상기 편광 필름은 100㎛ 이하의 두께를 가지는 광학 필름.
  17. 표시 패널, 그리고
    상기 표시 패널의 적어도 일면에 위치하는 제1항 내지 제4항 및 제6항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 광학 필름
    을 포함하는 표시 장치.
  18. 제17항에서,
    상기 표시 패널은 액정 표시 패널 또는 유기 발광 표시 패널을 포함하는 표시 장치.
  19. 제17항에서,
    상기 표시 패널은 플렉서블 표시 패널인 표시 장치.

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