KR102551104B1 - 반사편광필름 및 이를 포함하는 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반사편광필름 및 이를 포함하는 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반사편광필름의 단위면적당 포함될 수 있는 기포수를 제한함으로서, 우수한 광학적 물성을 발현할 수 있는 반사편광필름 및 이를 포함하는 액정표시장치에 관한 것이다.

Description

반사편광필름 및 이를 포함하는 표시장치{Reflective polarizing and display device comprising the same}
본 발명은 반사편광필름에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광학적 물성이 균일한 반사편광필름 및 이를 포함하는 표시장치에 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 현재까지도 디스플레이 장치의 상당부분을 차지하고 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 전면 광학필름 및 배면 광학필름을 포함한다.
이러한 액정 디스플레이에서 사용되는 광학필름은 백라이트로부터 출사되는 광의 이용효율이 반드시 높다고는 할 수 없다. 이것은, 백라이트로부터 출사되는 광 중 50% 이상이 배면측 광학필름(흡수형 편광필름)에 의해 흡수되기 때문이다. 그래서, 액정 디스플레이에서 백라이트 광의 이용효율을 높이기 위해서, 광학캐비티와 액정어셈블리 사이에 반사편광필름을 설치하며, 공개특허공보 제10-2006-0041444호는 반사편광필름을 구비한 액정 디스플레이를 개시한다.
도 1은 종래의 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 반사되어 다시 반사편광필름으로 전달되어 결국에는 S편광이 액정어셈블리의 편광기를 통과할 수 있는 P편광으로 변환되어 반사편광필름을 통과한 후 액정어셈블리로 전달되도록 하는 것이다.
상기 반사편광필름의 입사광에 대한 S편광의 선택적 반사와 P편광의 투과 작용은 이방성 굴절률을 갖는 광학적 물질과, 등방성 굴절률을 갖는 광학적 물질 간 계면에서의 굴절율 차이를 통해 달성할 수 있는데, 보다 구체적으로 이들 물질을 신장시켜 적절한 두께 설정 및 이들 물질의 어느 일방향으로의 굴절률 변화를 통해 이루어질 수 있다.
즉, 반사편광필름으로 입사되는 빛은 무수히 많은 광학적 등방성 물질과 광학적 이방성 물질 간의 계면을 거치면서 S편광의 반사와 P편광의 투과 작용을 반복하여 결국에는 입사편광 중 P편광만 상방으로 투과하여 액정어셈블리로 전달된다. 한편, 반사된 S편광은 전술한 바와 같이, 광학캐비티의 확산반사면에서 편광상태가 무작위화 된 상태로 반사되어 다시 반사편광필름으로 전달된다. 이에 의해, 광원으로부터 발생된 빛의 손실과 함께 전력 낭비를 줄일 수 있다.
한편, 반사편광필름을 구성하는 물질 간 계면에서 굴절률 차이를 유발시키기 위해서는 상술한 것과 같이 이들 물질을 신장시키는 공정, 예를 들어 연신공정이 반드시 필요하다. 그러나 이러한 연신공정으로 인해 경우에 따라서 필름의 면내 휘도가 불균일해지는 문제점이 있다. 이러한 문제점은 예를 들어 필름의 길이방향으로 연신공정 시 가해지는 힘이 폭 방향으로 불균일한 경우, 연신속도가 일정하지 않은 경우, 연신 뒤 수행될 수 있는 열고정 조건 설계와 같은 공정상의 조건설계 어려움, 조건의 제어 곤란함 뿐만 아니라, 반사편광필름을 이루는 광학적 물질의 종류, 불순물 포함여부, 계면을 형성하는 광학적 등방성 물질과 이방성 물질 간의 구조, 형상, 크기 등에 의해서도 영향을 받음에 따라서 면내 임의의 지점에서의 휘도 편차가 발생하고 이로 인해 편차가 심할 시 화상이 표시될 때 얼룩이 발생한 것과 같이 보이거나, 목적하는 명암을 제대로 구현할 수 없는 등 화상품질이 현저히 저하되는 문제가 있다.
따라서 이러한 문제점을 해결하여 연신공정을 거치더라도 면내 임의 지점에서 휘도의 편차가 현저히 감소한 반사편광필름의 개발이 시급한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 면내 광학적 물성이 균일하고, 이에 더 나아가 광학적 물성이 우수한 반사편광필름 및 이를 포함하는 표시장치를 제공하는데 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 투과축에 평행한 제1 편광은 투과시키고, 소광축에 평행한 제2 편광은 반사시키는 반사편광필름에 있어서, 상기 반사편광필름은 기재 내부에 다수의 분산체가 분산된 폴리머 분산형이며, 상기 투과축에 평행한 면내 가상의 제1선을 기준으로 측정된 휘도 분산계수가 2% 이하인 것을 특징으로 하는 반사편광필름을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 반사편광필름은 MD 방향으로 연신된 것으로서 상기 제1선은 MD 방향에 수직일 수 있다.
또한, 상기 휘도 분산계수는 1% 이내일 수 있다.
또한, 상기 제1선과 예각인 사잇각이 ±60°이고, 상기 제1선의 이등분점을 통과하는 면내 가상의 제2선을 기준으로 측정된 휘도 분산계수가 2% 이내일 수 있다.
또한, 상기 투과축 방향을 폭 방향으로 할 때, 폭이 85㎝ 이상인 것을 특징으로 하는 반사편광필름.
또한, 상기 다수의 분산체는 기재 내부에 랜덤하게 분산될 수 있다.
또한, 상기 다수의 분산체는 평균종횡비가 0.5이하이며, 0.3㎛2 이하의 단면적을 갖는 분산체의 개수가 전체 분산체 중 65% 이상일 수 있고, 보다 바람직하게는 80% 이상일 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 반사편광필름을 포함하는 표시장치를 제공한다.
이하, 본 명세서에서 사용된 용어에 대해 간략히 설명한다.
'분산체가 복굴절성을 가진다'는 의미는 방향에 따라 굴절률이 다른 섬유에 빛을 조사하는 경우 분산체에 입사한 빛이 방향이 다른 두 개의 빛 이상으로 굴절된다는 것이다.
'등방성'이라 함은 빛이 물체를 통과할 때, 방향에 상관없이 굴절률이 일정한 것을 의미한다.
'이방성'이라 함은 빛의 방향에 따라 물체의 광학적 성질이 다른 것으로 이방성 물체는 복굴절성을 가지며 등방성에 대응된다.
'광변조'라 함은 조사된 빛이 반사, 굴절, 산란하거나 빛의 세기, 파동의 주기 또는 빛의 성질이 변화하는 것을 의미한다.
'종횡비'라 함은 분산체의 길이방향의 수직단면을 기준으로 장축길이에 대한 단축길이의 비를 의미한다.
본 발명의 반사편광필름은 면내 광학적 물성이 균일하고, 이에 더 나아가 광학적 물성이 우수함에 따라서 액정표시장치, 유기발광표시장치 등 표시장치 전반에 널리 사용될 수 있다.
도 1은 종래의 반사편광필름의 원리를 설명하는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사편광필름의 연신방향에 수직한 단면도이다.
도 3 내지 도 5는 휘도균일성을 측정하는 기준이 되는 제1선과 제2선 및 휘도 측정대상인 시편의 샘플링 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사편광필름 내 구비된 분산체의 길이방향 단면 모식도 이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사편광필름의 제조공정에 사용되는 흐름제어부의 일종인 코트-행거 다이의 단면도이다.
도 8은 도 7의 측면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사편광필름의 연신방향에 수직한 단면도이다.
도 10은 도 9에 따른 반사편광필름을 제조하기 위한 장치의 일예시로써, 압축구금의 분해사시도이다.
도 11은 본 발명의 비교예에 따른 다층형 반사편광필름의 연신방향에 수직한 단면도이다.
도 12는 도 11에 따른 반사편광필름을 제조하기 위한 압축구금의 분해사시도이다.
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.
본 발명의 반사편광필름은 확산 편광기 또는 반사 편광기일 수도 있다. 또한, 반사 편광기로서 다양한 용도를 가질 수 있으며, 일 예로서 액정 디스플레이 패널에 유용할 수 있다. 또한, 본 발명의 반사편광필름은 창문 재료로서도 사용할 수 있고, 광 고정체로서 편광된 반사광이 바람직한 용도로 사용할 수 있다.
한편, 본 발명의 반사편광필름의 더욱 구체적인 용도의 예로서 액정 디스플레이(LCD)와 같은 수광형 표시장치나, 유기발광디스플레이와 같은 능동형 표시장치를 들 수 있는데, 이는 랩-탑 컴퓨터, 손에 들고 쓸 수 있는 계산기, 디지털 시계, 자동차 계기반 디스플레이, 콘트라스트를 증가시키고 눈부심을 감소시키기 위해 편광을 이용하는 편광된 조명기구 및 작업 조명기구에 널리 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 반사편광필름은 대형 코어 광학 섬유(LCOF: Large Core Optical Fiber)와 같은 광 가이드를 비롯하여 다양한 광학 장치에 광 추출체로서도 사용할 수 있다. 구체적으로 건축물 조명, 장식용 조명, 의학용 조명, 표지(signage), 시각적 안내물(예; 비행기 또는 극장의 통로에 또는 착륙 스트립), 디스플레이(예; 특히, 과량의 열이 문제인 장치 디스플레이) 및 전시 조명, 도로 조명, 자동차 조명, 하방 조명, 작업 조명, 강조 조명 및 주위 조명과 같이, 다양한 원거리 광원 조명 용도에 유용하게 사용할 수 있다.
본 발명의 반사편광필름은 투과축에 평행한 제1 편광은 투과시키고, 소광축에 평행한 제2 편광은 반사시킨다.
먼저, 본 발명의 반사편광필름에 의해 투과되는 제1 편광과 반사되는 제2 편광에 대해 구체적으로 설명한다.
공간상의 X, Y 및 Z축에 따른 반사편광필름의 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 따른 반사편광필름의 등방성 물질의 굴절률이 이방성 물질의 굴절률과 실질적으로 일치되는 경우, 이러한 축에 평행한 전기장으로 편광된 입사광은 산란되지 않고 반사편광필름을 통과한다. 보다 구체적으로, 제1 편광(P파)은 등방성 물질과 이방성 물질의 경계에 형성되는 복굴절 계면에 영향을 받지 않고 투과되나, 제2 편광(S파)은 등방성 물질과 이방성 물질의 경계에 형성되는 복굴절성 계면에 영향을 받아 광의 변조가 일어난다. 이를 통해 P파는 투과되고 S파는 광의 산란, 반사 등의 광의 변조가 발생하게 되어 결국 편광의 분리가 이루어지고, 제1 편광(P파)은 반사편광필름을 투과하여 통상 반사편광필름의 상부에 위치하는 액정디스플레이에 도달하게 된다. 이러한 원리로 반사편광필름은 하나의 편광은 투과시키고, 다른 편광은 반사시키는 작용을 하게 되며, 투과된 편광은 투과축에 평행하게 편광되고, 반사되는 편광은 소광축에 평행하게 편광된다.
또한, 본 발명의 반사편광필름은 도 2에 도시된 것과 같이 기재(201) 및 기재(201) 내부에 분산되어 포함되는 다수의 분산체(202)를 포함하는 코어층(210)을 구비한 폴리머 분산형 반사편광필름(200)이다. 또한, 상기 코어층(210)의 일면 또는 양면, 구체적으로 기재(201)의 일면 또는 양면에는 스킨층(210,220)이 더 구비될 수 있다.
또한, 상기 분산체(202)는 도 2에 도시된 것과 같이 다수의 분산체 길이방향에 수직한 반사편광필름의 단면 상에서 랜덤하게 기재 내부에 분산된, 랜덤 분산형 반사편광필름일 수 있다. 또는 도 9와 같이 다수의 분산체 길이방향에 수직한 반사편광필름의 단면 상에서 일정하게 배열된, 예를 들어 단면에서 동일 높이에는 수평방향으로 동일두께의 분산체가 배열된 형태일 수 있다. 바람직하게는 다수의 분산체(202)는 기재 내부에 랜덤하게 분산된 것일 수 있다. 이를 통해 종래의 반사편광필름에 비해 빛샘, 휘선보임 등의 문제 발생이 최소화 또는 방지되는 동시에 매우 우수한 휘도, 편광도 등 광학적 특성을 발현하기에 유리할 수 있다.
이 때, 분산체(202)는 기재(201)와 복굴절 계면을 형성하여 광변조 효과를 유발시켜야 되므로 기재(201)가 광학적 등방성인 경우, 분산체(202)는 광학적으로 복굴절성을 가질 수 있고, 반대로 기재(201)가 광학적으로 복굴절성을 갖는 경우에는 분산체(202)는 광학적 등방성을 가질 수 있다. 구체적으로, 분산체(202)의 x축 방향의 굴절율이 nX1, y축 방향의 굴절율이 nY1 및 z축 방향의 굴절율이 nZ1이고, 기재(201)의 굴절율이 nX2, nY2 및 nZ2일 때, nX1과 nY1 사이의 면내 복굴절이 발생할 수 있다. 더욱 바람직하게는 기재(201)와 분산체(202)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, X축 방향에 대한 굴절율의 차이가 0.1 이상일 수 있다. 한편 통상적으로 굴절율의 차이가 0.05 이하이면 정합으로 해석된다.
본 발명의 다수의 분산체(202)는 목적하는 제2 편광을 적어도 가시광선 파장범위에서 반사시키기 위해 적절한 광학적 두께를 가질 수 있고, 적절한 범위내의 두께 편차를 가질 수 있다. 광학적 두께(optical thickness)는 n(굴절율)>d(물리적 두께)를 의미한다. 한편 빛의 파장과 광학적 두께는 하기 관계식 1에 따라 정의된다.
[관계식 1]
λ= 4nd, 단 λ는 빛의 파장(nm), n은 굴절율, d는 물리적 두께(nm)
따라서, 분산체(202)의 평균 광학적 두께가 150nm일 경우 관계식 1에 의해 400nm 파장의 제2 편광을 반사시킬 수 있을 것이고, 이러한 원리로 복수개의 분산체(202) 각각의 광학적 두께를 조절할 경우 목적하는 파장범위, 특히 가시광선 파장범위에서의 제2 편광의 반사율을 현저히 증가시킬 수 있다. 이에 따라 본 발명의 반사편광필름은 바람직하게는 다수의 분산체 중 적어도 2개는 분산체가 신장된 방향으로 단면적이 상이할 수 있고, 이를 통해 분산체의 단면직경(광학적 두께에 해당함)이 다를 수 있어 광학적 두께에 대응되는 파장의 제2 편광을 반사시킬 수 있으며, 가시광선의 각 파장에 대응하는 광학적 두께를 가지는 폴리머를 포함할 경우 가시광선 영역에 대응되는 제2 편광을 반사시킬 수 있다.
또한, 상기 분산체 그 형상은 특별한 제한은 없으며, 구체적으로 원형, 타원형 등일 수 있고, 전체 분산체의 개수는 32인치를 기준으로 기재의 두께가 120㎛일 때 25,000,000 ~ 80,000,000 개일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
또한, 본 발명의 기재(201)와 분산체(202)는 통상적으로 반사편광필름에 복굴절 계면을 형성하도록 사용되는 물질이라면 제한 없이 사용할 수 있고, 기재(201) 성분은 바람직하게는 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 코폴리에틸렌나프탈레이트(co-PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리카보네이트(PC) 얼로이, 폴리스타이렌(PS), 내열성 폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리우레탄(PU), 폴리이미드(PI), 폴리비닐클로라이드(PVC), 스타이렌아크릴로니트릴(SAN), 에틸렌초산비닐(EVA), 폴리아미드(PA), 폴리아세탈(POM), 페놀, 에폭시(EP), 요소(UF), 멜라닌(MF), 불포화폴리에스테르(UP), 실리콘(SI), 폴리시클로헥실렌 디메틸렌테레프탈레이트(PCTG) 및 사이크로올레핀폴리머 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 보다 바람직하게는 폴리카보네이트(PC) 및 폴리시클로헥실렌 디메틸렌테레프탈레이트(poly cyclohexylene dimethylene terephthalate, PCTG)을 포함할 수 있다. 이 때, 폴리시클로헥실렌 디메틸렌테레프탈레이트는 산 성분과 디올 성분이 1 : 0.5 ~ 1.5 몰비, 바람직하게는 1 : 0.8 ~ 1.2 몰비로 중합하여 제조된 화합물로서, 산 성분은 테레프탈레이트를 포함하고, 디올 성분은 에틸글리콜 및 사이클로헥산디메탄올을 포함할 수 있다.
또한, 분산체(202) 성분은 바람직하게는 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 코폴리에틸렌나프탈레이트(co-PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리카보네이트(PC) 얼로이, 폴리스타이렌(PS), 내열성 폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리우레탄(PU), 폴리이미드(PI), 폴리비닐클로라이드(PVC), 스타이렌아크릴로니트릴(SAN), 에틸렌초산비닐(EVA), 폴리아미드(PA), 폴리아세탈(POM), 페놀, 에폭시(EP), 요소(UF), 멜라닌(MF), 불포화폴리에스테르(UP), 실리콘(SI), 폴리시클로헥실렌 디메틸렌테레프탈레이트(PCTG) 및 사이크로올레핀폴리머를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으며 보다 바람직하게는 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 반사편광필름은 기재(201)와 분산체(202) 간에 복굴절 계면을 형성하고, 분산체(202)가 적절한 광학적 두께를 갖기 위해 적어도 어느 일방향으로 신장될 수 있고, 일예로 적어도 하나의 방향으로 연신된 것일 수 있으며, 일예로 일축 방향으로 연신될 경우 상기 일축방향은 반사편광필름이 연속되어 제조되면서 반송되는 MD 방향일 수 있다. 또한, 상기 일축방향은 분산체(202) 형상의 장축방향인 길이방향일 수 있다.
한편, 본 발명의 반사편광필름 형태인 폴리머 분산형에 대해서 설명하면, 광학적 등방성 물질로 형성된 평판의 광학층과 광학적 이방성 물질로 형성된 평판의 광학층이 서로 교호 적층된 다층형 반사편광필름과 더불어 널리 알려진 반사편광필름의 일종이다. 다만, 폴리머 분산형 반사편광필름은 광학적 등방성 물질 또는 광학적 이방성 물질 중 어느 하나의 물질 내부에 다른 물질이 다수개의 분산체로서 분산되어 수용된 형태임에 따라서 일방향으로 신장될 때 다수의 분산체 각각이 받는 힘의 방향이나 힘의 차이에 의한 영향이 평판의 층이 교호적층된 구조인 다층형 반사편광필름에 대비해 현저히 클 수 있다. 이로 인해 다층형 반사편광필름의 경우 일방향 신장에 따른 광학적 물성, 예를 들어 휘도의 위치별 편차가 발생할 우려가 적지만, 폴리머 분산형 반사편광필름의 경우 휘도의 위치별 편차가 발생할 우려가 크고, 특히 신장되는 방향에 수직한 방향, 예를 들어 면내 수직인 x축, y축 중 신장방향이 x축인 경우 이에 수직인 방향인 y축 또는, MD 방향으로 신장되는 경우 이에 수직인 TD 방향에서 위치 별로 편차가 현저히 큰 문제가 있다. 또한, 제조되는 반사편광필름의 폭 방향 길이가 커질수록 이러한 문제는 더욱 커질 수 있다.
본 발명자는 이를 해결하기 위해 연구를 거듭한 결과, 이러한 문제는 반사편광필름을 형성하는 물질 내 불순물 즉, 물질을 제조하는 과정에서 사용된 촉매, 부산물에도 영향이 있으며, 분산체의 크기가 클수록, 신장방향에 수직인 반사편광필름의 단면내 분산체들의 분포가 랜덤 할수록 휘도 불균일의 문제는 더 커진다는 것을 알아냈다. 또한, 토출된 필름의 폭 길이나, 토출된 후 평활화 공정, 이후의 일방향으로 신장시키는 공정(예를들어 연신공정), 및/또는 이후의 열고정 공정에서 공정조건의 설계 및/또는 설계된 조건의 제어 등에 의해서도 영향이 크다는 것을 알게 되었다. 구체적으로 평활화 공정에서의 사용될 수 있는 롤러의 직경, 표면의 불균일성이나, 연신공정에서 연신속도의 불균일, 연신공정과 열고정 단계에서의 온도의 부적절성, 열의 불균등 처리 일 수 있다.
본 발명의 발명자는 휘도 불균일에 영향을 미칠 수 있는 위와 같은 인자들을 제어하도록 각고의 노력을 한 결과, 폴리머 분산형 반사편광필름임에도 투과축에 평행한 면내 가상의 제1선을 기준으로 측정된 휘도 분산계수가 2% 이하인 반사편광필름을 구현했다.
도 3을 참조하여 설명하면, 반사편광필름(100)의 투과축(q)에 평행한 면내 가상의 제1선(ℓ)을 기준으로 측정된 휘도란 상기 제1선(ℓ) 상에 중심점이 있는 소정의 크기를 갖는 시편의 휘도를 의미한다. 상기 투과축(b)은 연신된 방향의 수직방향일 수 있고, MD 방향으로 연신된 경우 TD 방향일 수 있다. 또한, 상기 시편은 형상이 원이나 정사각형, 직사각형과 같은 다각형도 무방하다. 또한, 상기 시편의 크기는 일예로 정사각형 기준 1㎝×1㎝, 4㎝×4㎝, 10㎝×10㎝ 등일 수 있으나 이에 제한되지는 않으며 반사편광필름(100)의 투과축(b)에 평행한 방향으로의 길이(예를 들어 폭길이)를 고려하여 설정할 수 있다.
또한, 상기 휘도 분산계수란 상기 제1선(ℓ) 상에 중심점이 있는 동일형상, 동일크기의 시료 5개에 대해 각각 측정된 휘도를 통해 계산된 평균휘도와, 휘도 표준편차를 이용해 하기 수학식 1에 따라서 계산한 결과값을 의미한다. 이때 상기 시료는 상기 제1선(ℓ)을 수직 이등분하는 지점이 시료의 무게중심점인 제1시료(S1)를 중심으로 좌측방향, 우측방향으로 각 방향 당 2개의 시료(SL, SR)를 샘플링 하되, 이웃한 시료간 거리가 같도록 되도록 샘플링 한 것이며, 도 3 및 도 5를 참고하여 설명하면 상기 시료 간 거리는 시료의 이웃하는 변 사이의 거리(s)를 의미하고, 상기 시료 간 거리는 동일하기면 하면 무방하고, 시료간 거리는 0일수도 있다.
[수학식 1]
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결국 휘도 분산계수란 각 시료들 간의 휘도 불균일을 확인할 수 있는 파라미터로서, 만일 휘도 분산계수가 0%일 경우 각 시료들간 휘도 차이가 없음을 의미하고, 휘도 분산계수가 커질수록 각 시료들간 휘도 차이가 커짐을 의미한다. 본 발명에 따른 반사편광필름은 수학식 1로 계산되는 휘도 분산계수가 2% 이하, 바람직하게는 1% 이하, 보다 더 바람직하게는 0.5% 이하임에 따라서 휘도 균일성이 매우 우수하다. 만일 휘도 분산계수가 2%를 초과할 경우 32인치 이상의 디스플레이에서 의도하지 않은 명암차 등이 발생하여 화상의 품질저하가 현저할 수 있고, 유니포미티(Uniformity) 품질 기준인 85% 이상을 확보하기 어려워 제품화되지 못할 우려가 있다. 또한, 분산계수가 2%를 초과 시에 반사편광필름의 헤이즈가 현저히 증가하거나 헤이즈가 위치별로 불균일할 수 있고, 휘도가 감소하는 등 광학적 특성이 저하될 수 있고, 반사편광필름의 두께편차가 발생하거나, 주름, 움 현상 등 외관품질 역시 현저히 저하할 우려가 있다.
상기 휘도 분산계수가 2% 이하인 반사편광필름은 일예로 기재나, 분산체를 형성하는 물질의 중합도를 향상시키거나, 불순물을 제어하는 방식으로 구현할 수 있다. 구체적으로 기재 및/또는 분산체 내 불순물로서 중합촉매의 잔류량이 150ppm, 보다 바람직하게는 100ppm 이하일 수 있다. 상기 분산체를 PEN으로 상정하여 설명하면 중합촉매인 Ge촉매의 잔류량이 200ppm 이하일 수 있고, 중합과정에서 자연발생되는 부산물인 디에틸렌글리콜(DEG)의 함량이 4.0중량% 이하, 보다 바람직하게는 3.5중량% 이하일 수 있다.
다른 일예로 제조공정 중 토출된 필름의 평활화 공정에서 사용되는 롤의 직경이 필름 폭방향으로 균일한 것을 사용할 수 있다. 또 다른 일예로 제조공정 중 연신공정에서 소정의 연신속도를 기준으로 ±3% 이내로 연신속도 균일성을 제어하는 것이 바람직하다.
다른 일례로 연신공정에서 MD 방향으로 연신 시에, TD 방향으로 소정의 힘을 일정하게 가할 수도 있다. 소정의 힘을 TD 방향으로 가하는 경우 바람직하게는 TD 방향으로 1:1 내지 1:1.2 수준으로 연신되도록 힘을 가할 수 있다. 이 경우 만일 TD 방향으로 1:1.2를 초과하여 연신될 경우 편광도, 휘도 등 광학적 특성이 현저히 저하될 우려가 있고, 1:1 미만으로 적게 연신될 경우 휘도 균일성을 달성하기 용이하지 않을 수 있다.
또 다른 일예로 반사편광필름 내 구비되는 분산체의 단면크기를 조절하여 휘도 균일성을 높일 수도 있다. 길이방향에 수직한 단면의 면적이 큰 분산체로 반사편광필름이 구성되거나, 또는 전체 분산체 중 큰 단면의 분산체 비율이 높을 경우 휘도 불균일의 문제를 해결하기 어려울 수 있다. 이에 바람직하게는 상기 다수의 분산체는 평균종횡비가 0.5이하이며, 0.3㎛2 이하의 단면적을 갖는 분산체의 개수가 전체 분산체 중 65% 이상일 수 있고, 보다 바람직하게는 80% 이상일 수 있다. 이러한 조건을 만족하는 경우 휘도 균일성을 매우 향상시킬 수 있는 것에 나아가 휘도 자체가 현저히 향상될 수 있는 이점이 있다. 특히 분산체 단면적 조건을 만족 시에 후술하는 면내 제2선을 기준으로 한 휘도 균일성까지 담보할 수 있는 이점이 있다. 이때, '분산체의 단면적'라 함은 하기 수학식2로 정의된다.
[수학식2]
분산체의 단면적(㎛2) = 3.14×(분산체의 장축길이×분산체의 단축길이)/2
이때, 수학식 2의 분산체 장축길이, 단축길이는 분산체들의 길이방향, 즉 반사편광필름의 신장방향에 수직한 반사편광필름의 단면 내 분산체 장축, 단축을 의미한다(도 6 참조).
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 반사편광필름(100)은 상기 제1선과 예각인 사잇각이 ±60°이고, 상기 제1선의 이등분점을 통과하는 면내 가상의 제2선을 기준으로 측정된 휘도 분산계수가 2% 이하일 수 있고, 보다 바람직하게는 1%이하, 더욱 바람직하게는 0.5% 이하일 수 있다. 휘도 불균일 문제는 투과축에 평행한 방향, 일예로 신장된 방향에 수직인 방향, 일예로 TD 방향, 일예로 폭 방향에서 현저한데, 이에 나아가 상기 제1선과 소정의 각도, 특히 제1선과 ±60°를 이루는 제2선을 따라서 현저할 수 있다. 또한, 이러한 특징은 반사편광필름의 폭이 클수록, 분산체의 배열이 랜덤할수록 휘도 불균일 문제는 커질 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면, 제2선(m,m')은 반사편광필름(100) 내 가상의 제1선(ℓ)을 수직이등분하는 중심점을 통과하며, 상기 제1선(ℓ)과 이루는 예각의 각도가 ±60°인 선분을 의미한다.
한편, 제2선(m 또는 m')을 기준으로 측정된 휘도의 의미는 상술한 제1선(ℓ)을 기준으로 측정된 휘도와 동일한 의미, 동일한 방식으로 측정된 것이다. 또한, 휘도 균일성 역시 동일한 방식으로 시료가 샘플링되고, 측정 및 계산된 결과값일 수 있다. 시료의 샘플링 방식에 대해 구체적으로 설명하면, 제1선(ℓ)을 수직이등 하는 지점을 중심점으로 갖는 제1시료(S1)를 중심으로 전방, 후방으로 각 방향 당 7개의 시료(SF, SB)를 샘플링 하되, 이웃한 시료간 거리가 50㎜가 되도록 샘플링 한 것이며, 이때, 시료 간 거리는 시료의 이웃하는 변이나, 꼭지점 사이의 최단거리(s)를 의미한다.
반사편광필름은 본 발명에 따른 제1선을 기준으로 한 휘도특성 뿐만 아니라 제2선을 기준으로 한 휘도 특성까지 만족시킬 경우 더욱 향상된 휘도균일성을 수득할 수 있을 뿐만 아니라 헤이즈의 균일도가 더욱 높아져 더욱 우수한 휘도특성을 발현할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 바람직한 일예의 반사편광필름의 분산체 크기에 대해서 상세히 설명하면, 기재(201) 내 분산된 다수의 분산체(201) 중 80% 이상은 길이방향의 수직단면을 기준으로 장축길이에 대한 단축길이의 종횡비가 1/2 이하여야 하고 보다 바람직하게는 90% 이상이 상기 종횡비 값이 0.5 이하를 만족할 수 있다. 상기 종횡비는 도 6에 도시된 것과 같이 분산체의 길이방향 즉, 일예로 MD방향, 및/또는 일예로 신장방향에 수직한 반사편광필름의 수직단면 내 분산체 단면에서 장축길이를 a라 하고 단축길이를 b라 했을 때 장축길이(a)와 단축길이(b)의 상대적인 길이의 비(종횡비)가 0.5 이하여야 한다. 다시 말해 장축길이(a)가 2일 때 단축길이(b)는 1보다 작거나 같아야 하는 것이다. 만일 종횡비가 0.5이하인 분산체가 80% 미만인 경우에는 원하는 광학물성을 달성하기 어렵다. 또한, 상기 다수의 분산체는 0.3㎛2 이하의 단면적을 갖는 분산체의 개수가 전체 분산체 중 65% 이상일 수 있다.
다음으로 코어층(210)의 적어도 일면에 포함될 수 있는 스킨층(220)은 통상적으로 사용되는 성분을 사용하여 형성된 것일 수 있으며, 상기 성분으로서 통상적으로 반사편광 필름에서 사용되는 것이라면 제한없이 사용될 수 있으나, 바람직하게는 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 코폴리에틸렌나프탈레이트(co-PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리카보네이트(PC) 얼로이, 폴리스타이렌(PS), 내열성 폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리우레탄(PU), 폴리이미드(PI), 폴리비닐클로라이드(PVC), 스타이렌아크릴로니트릴(SAN), 에틸렌초산비닐(EVA), 폴리아미드(PA), 폴리아세탈(POM), 페놀, 에폭시(EP), 요소(UF), 멜라닌(MF), 불포화폴리에스테르(UP), 실리콘(SI), 폴리시클로헥실렌 디메틸렌테레프탈레이트(PCTG) 및 사이크로올레핀폴리머 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 보다 바람직하게는 폴리카보네이트(PC) 및 폴리시클로헥실렌 디메틸렌테레프탈레이트(poly cyclohexylene dimethylene terephthalate, PCTG)을 포함할 수 있다. 이 때, 폴리시클로헥실렌 디메틸렌테레프탈레이트는 산 성분과 디올 성분이 1 : 0.5 ~ 1.5 몰비, 바람직하게는 1 : 0.8 ~ 1.2 몰비로 중합하여 제조된 화합물로서, 산 성분은 테레프탈레이트를 포함하고, 디올 성분은 에틸글리콜 및 사이클로헥산디메탄올을 포함할 수 있다.
상술한 코어층(210)은 두께가 50 ~ 300㎛일 수 있고, 상기 스킨층(220)의 두께는 30 ~ 500㎛일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 또한, 반사편광필름의 폭은 제조 시 기준으로 85㎝ 이상일 수 있다. 상기 폭은 투과축 방향의 길이일 수 있고, 본 발명에 따른 반사편광필름은 폭이 85㎝ 이상으로 대면적으로 형성됨에도 불과하고 해당 방향으로의 휘도균일성을 담보할 수 있는 이점이 있다.
또한, 상술한 휘도균일성을 만족하는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 반사편광필름은 헤이즈가 30% 이하, 보다 바람직하게는 25% 이하, 보다 더 바람직하게는 22% 이하 더욱 바람직하게는 20%이하일 수 있다. 또한, 휘도균일성의 측정방법과 동일한 시료의 샘플링 방법으로 측정되고, 계산된 제1선을 따른 헤이즈 균일도가 3% 이하 보다 바람직하게는 2% 이하, 보다 더 바람직하게는 1% 이하일 수 있다. 또한, 균일한 두께가 확보됨에 따라서 샘플링된 시료에 대해 후술하는 실험방법으로 측정되고 계산된 두께백분율 차이가 1% 이내일 수 있다.
한편, 스킨층이 형성되는 경우 코어층(210)과 스킨층(220) 사이에도 일체로 형성된다. 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, 스킨층은 코어층과 동시에 제조된 후 연신공정이 수행되므로 종래의 코어층 연신 후 미연신 스킨층을 접착시킬 때와는 달리 본 발명의 스킨층은 적어도 하나의 축방향으로 연신될 수 있다. 이를 통해 미연신 스킨층에 비하여 표면경도가 향상되어 내스크래치성이 개선되며 내열성이 향상될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 반사편광필름은 집광이나 확산과 같은 광의 경로를 변경하기 위한 마이크로렌즈, 렌티큘러, 프리즘 형상 등의 구조화된 표면층을 상술한 반사편광필름의 상부나 하부에 일체로 더 구비할 수 있다. 이에 대한 설명은 동일 출원인에 의한 대한민국 특허출원 제2013-0169215호 및 대한민국 특허출원 제2013-0169217호가 참조로 삽입될 수 있다.
본 발명에 따른 반사편광필름은 후술되는 제조방법을 통해 제조될 수 있다. 이하의 설명은 폴리머분산형 중 분산체가 랜덤분산된 형태의 반사편광필름을 기준으로 설명한다.
먼저, 기재 성분과 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 공급된폴리머들을 액상으로 전환시킬 있도록 가열수단 등을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 기재성분이나 분산체 성분은 불순물의 함량을 일정 수준 이하가 되는 것을 사용해야 휘도균일성을 발현하는데 유리할 수 있다.
한편, 기재 성분의 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 메시 필터존을 통과하면서 기재 내에 분산체 성분이 점성에 차이를 통해 기재 내부에 분산체가 랜덤하게 배열된 반사편광필름을 제조할 수 있다.
추가적으로, 제조된 반사편광필름의 적어도 일면에 스킨층을 포함시킬 경우, 반사편광필름의 적어도 일면을 압출부에서 이송된 스킨층 성분을 합지한다. 바람직하게는 스킨층 성분은 반사편광필름의 양면에 모두 합지될 수 있다. 양면에 스킨층이 합지되는 경우 스킨층의 재질 및 두께는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
다음으로, 기재 내부에 포함된 분산체 성분이 랜덤하게 배열될 수 있도록 흐름제어부에서 퍼짐을 유도할 수 있다. 구체적으로 도 7은 본 발명에 적용될 수 있는 바람직한 흐름제어부의 일종인 코트-행거 다이의 단면도이고, 도 8은 도 7의 측면도이다. 이를 통해 기재의 퍼짐정도를 적절하게 조절하여 분산체 성분의 단면적의 크기 및 배열을 랜덤하게 조절할 수 있다. 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, 흐름 제어부에서 이송된 퍼짐이 유도된 반사편광필름을 냉각 및 평활화하는 단계, 상기 평활화 단계를 거친 반사편광필름을 연신하는 단계; 및 상기 연신된 반사편광필름을 열고정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
먼저, 흐름제어부에서 이송된 반사편광필름을 냉각 및 평활화하는 단계로서 통상의 반사편광필름의 제조에서 사용되던 냉각하여 이를 고형화하고 이후 캐스팅 롤공정 등을 통해 평활화 단계를 수행할 수 있다. 이때, 사용되는 롤은 바람직하게는 직경이 균일한 것을 사용할 수 있고, 이를 통해 휘도균일성을 용이하게 담보할 수 있는 이점이 있다.
이후, 상기 평활화 단계를 거친 반사편광필름에 대한 연신공정을 수행할 수있다. 상기 연신은 통상의 반사편광필름의 연신공정을 통해 수행될 수 있으며, 이를 통해 기재 성분과 분산체 성분간의 굴절율 차이를 유발하여 계면에서 광변조 현상을 유발할 수 있고, 상기 퍼짐유도된 분산체는 연신을 통해 길이방향의 수직단면에서의 종횡비가 더욱 줄어들게 된다. 바람직하게는 상기 연신공정은 일축연신 또는 이축연신을 수행할 수 있으며, 보다 바람직하게는 일축연신을 수행할 수 있다.
일축연신의 경우 연신방향은 분산체의 길이방향으로 연신을 수행할 수 있다. 일예로 상기 길이방향은 MD방향일 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 분자들은 배향되어 재료는 복굴절성으로 될 수 있다. 이때, 연신속도를 균일하게 제어하거나, MD 방향으로 반송되며 연신되는 필름의 TD"?향?* 클립이나 집게 등으로 고정시키거나 또는 소정의 힘을 가해 연신시키는 것을 통해 투과축과 평행한 방향으로의 휘도균일성을 담보하는데 용이할 수 있다.
다음, 상기 연신된 반사편광필름을 열고정하는 단계를 거쳐 최종적인 반사편광필름을 제조할 수 있다. 상기 열고정은 통상의 방법을 통해 열고정될 수 있으며, 바람직하게는 150 ~ 220℃ 에서 0.1 ~ 3분 동안 열풍히터를 통해 수행될 수 있다. 이때, 열고정은 반사편광필름의 위치에 관계없이 동일한 수준으로 열을 가하도록 하는 것이 투과축과 평행한 방향으로의 휘도균일성을 담보하는데 용이할 수 있다.
이상에서 상술한 본 발명의 반사편광필름은 광원 어셈블리나 표시장치 등에 채용되어, 광 효율을 증진시키는데 사용될 수 있다. 광원 어셈블리는 작업등, 조명, 또는 액정표시장치에 통상적으로 채용되는 어셈블리일 수 있다. 상기 액정표시장치에 채용되는 광원어셈블리는 램프가 하부에 위치하는 직하형, 램프가 사이드에 위치하는 에지형 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.
또한, 본 발명의 반사편광필름은 유기발광표시장치와 같은 능동 발광형 디스플레이에도 채용이 가능하다. 이 경우 반사편광필름은 유기발광표시장치의 패널 전방에 명암비 향상, 시인성 향상 등을 위해 채용될 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 구현예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명의 구현예를 한정하는 것이 아니며, 본 발명의 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 구현예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
<실시예 1>
분산체 성분으로서 굴절율이 1.65인 폴리에텔렌나프탈레이트(PEN)와, 기재 성분으로서 폴리카보네이트 60 중량%에 산 성분으로 테레프탈레이트와 디올성분으로 에틸글리콜과 사이크로헥산디메탄올을 사용하여 산 성분 및 디올 성분이 1:2 몰비로 중합반응한 폴리시클로헥실렌 디메틸렌테레프탈레이트(poly cyclohexylene dimethylene terephthalate, PCTG)를 39중량% 및 아인산(H3PO3) 1 중량%를 포함한 PC 얼로이 원료를 각각 제1 압출부 및 제2 압출부에 투입하였다. 이 때, 폴리에텔렌나프탈레이트(PEN)는 중합하는 과정에서 발생하는 중합 부산물인 디에틸렌글리콜이(DEG) 2.5 중량%를 포함된 폴리에텔렌나프탈레이트(PEN) 폴리머칩을 사용하였다.
기재 성분과 분산체 성분의 압출 온도는 245℃로 하고, Cap.Rheometer 확인하여 I.V. 조정을 통해 폴리머 흐름을 보정하고, Filteration Mixer가 적용된 유로 통과하여 기재 내부에 분산체가 랜덤분산되도록 유도하였고, 기재층 폴리머를 유속 및 압력구배를 보정하는 도 7 및 8의 코트행거다이에서 퍼짐을 유도하였다. 유속은 1.0m/min이다. 그 뒤 냉각 및 캐스팅 롤에서 평활화 공정을 수행하였다, 이후 연신공정을 MD 방향으로 6배 연신하였고, 이때, MD방향으로 연신과 동시에 TD 방향으로 1.1배 연신되도록 TD 방향으로 소정의 힘을 가했다. 이어서 180℃에서 2분 동안 히터챔버를 통해 열고정을 수행하여 두께가 120㎛인 도 2와 같은 단면구조를 가지는 하기 표 1과 같은 랜덤 분산형 반사편광필름을 제조하였다. 제조된 광학체의 분산체 성분의 굴절율은 (nx:1.88, ny:1.58, nz:1.58)이고 기재성분의 굴절율은 1.58였다. 또한, 반사편광필름의 폭은 158㎝이었다.
<실시예2>
실시예1과 동일하게 실시하여 제조하되, 중합 부산물인 디에틸렌글리콜이(DEG) 3.5 중량%를 포함하는 폴리에텔렌나프탈레이트(PEN)를 사용하여 하기 표 1과 같은 폭이 158㎝인 랜덤 분산형 반사편광필름을 제조하였다.
<실시예3>
실시예2와 동일하게 실시하여 제조하되, MD 방향 연신시, TD 방향으로는 별도의 힘을 가하는 것 없이 클립을 통해 폭 양단을 고정시켜 연신공정을 수행하도록 하여 하기 표 1과 같은 폭이 158㎝인 랜덤 분산형 반사편광필름을 제조하였다.
<실시예4>
실시예1과 동일하게 실시하여 제조하되, 사용된 PEN 내 중합 부산물인 디에틸렌글리콜이(DEG)를 3.9중량%를 포함하는 폴리에텔렌나프탈레이트(PEN) 폴리머칩을 사용하여 하기 표 1과 같은 랜덤 분산형 반사편광필름을 제조하였다.
<실시예5>
판상형 폴리머 분산 반사편광자를 제조하기 위해서 해도형 압출구금을 이용하였다. 상기 해도형 압출구금은 본 발명의 동일 출원인에 의한 출원번호 제10-2012-0087334호가 참조로 삽입된다. 구체적으로 분산체로서 실시예2에서 사용된 PEN 폴리머칩, 기재 및 스킨층으로서 PC 얼로이 폴리머칩을 각각 제1 압출부, 제2 압출부 및 제3 압출부에 투입하였다. 이때, 분산체와 기재 성분의 압출 온도는 295℃로 하고 Cap.Rheometer 확인하여 I.V. 조정을 통해 폴리머 흐름을 보정하고, 스킨층은 280℃ 온도 수준에서 압출공정을 수행하였다. 상기 분산체 성분을 제1 가압수단으로 이송하고 기재성분 역시 제2 가압수단(가와사키사 기어펌프)으로 이송하였다. 제1 가압수단의 토출량은 각각 순서대로 8.9 kg/h 이고, 제2 가압수단의 토출량은 8.9 kg/h 이다. 이후, 도 10과 같은 해도형 압출구금을 이용하여 해도형 복합류를 제조하였다. 도 9와 같은 해도형 압출구금을 이용하여 해도형 복합류를 제조하였다. 구체적으로 해도형 압출구금 중 제4 구금분배판(T4)은 4개의 그룹을 형성하며 각 그룹의 도성분 레이어의 개수는 200개이다. 4개 그룹 중 제1그룹의 도성분 공급로의 구금홀의 직경은 0.17mm이고, 제2그룹의 도성분 공급로의 구금홀의 직경은 0.44mm이며, 제3그룹의 도성분 공급로의 구금홀의 직경은 0.38mm이며, 제4그룹의 도성분 공급로의 구금홀의 직경은 0.23mm이며 하나의 레이어에 포함된 도성분 공급로의 개수는 10000개이다 제6 구금분배판의 토출구의 직경은 15 mm × 15 mm 였다. 이후 3층 구조의 피드블록에서 상기 제3 압출부로부터 스킨층 성분이 유로를 통해 흘러들어 상기 해도형 복합류(코어층 폴리머)의 상하면에 스킨층을 형성하였다. 해도형 복합류의 종횡비가 제1그룹이 1/117330, 제2그룹1/64470, 제3그룹 1/76590, 제4그룹이 1/94380가 되도록 상기 코어층 폴리머를 유속 및 압력구배를 보정하는 도 7, 8과 같은 폭 1,260mm 코트 행거다이에서 퍼짐을 유도하였다. 유속은 1m/min로 조정했다. 그 뒤 냉각 및 캐스팅 롤에서 평활화 공정을 수행하고 MD 방향으로 6배 연신하였고, 이때, MD방향으로 연신과 동시에 TD 방향으로 1.1배 연신되도록 TD 방향으로 소정의 힘을 가했다. 그 뒤 180℃ 에서 2분 동안 IR 히터를 통해 열고정을 수행하여 도 9와 같은 판상형 폴리머가 분산된 반사형 편광자를 제조하였다. 제조된 반사편광필름의 제1성분의 굴절율은 (nx:1.88, ny:1.64, nz:1.64)이고 제2 성분의 굴절율은 1.64였다. 또한, 코어층 두께는 59 ㎛이며, 스킨층 두께는 상하면 총합이 170.5㎛이었고, 폭은 97㎝이었다.
<비교예1>
실시예2와 같이 실시하여 제조하되, 연신공정에서 TD 방향으로 연신이나 클립고정 등 어떠한 처리를 하지 않고 하기 표 1과 같은 폭이 156㎝인 랜덤 분산형 반사편광필름을 제조하였다.
<비교예2>
비교예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 중합 부산물인 디에틸렌글리콜이(DEG) 6.5중량%를 포함하는 폴리에텔렌나프탈레이트(PEN) 폴리머칩을 사용하였고, 다이 출구 폭을 변경하여 하기 표 1과 같은 폭이 90㎝인 랜덤 분산형 반사편광필름을 제조하였다.
<비교예3>
비교예2와 동일하게 실시하여 제조하되, 다이 출구 폭을 변경하여 하기 표 1과 같은 폭이 70㎝인 랜덤 분산형 반사편광필름을 제조하였다.
<비교예4>
PEN 과 PC얼로이가 각각 판상의 광학층으로 교호적층된 다층형 반사편광자를 제조하였다. 이때, PEN은 중합 부산물인 디에틸렌글리콜이(DEG) 4.4중량%를 포함하는 폴리에텔렌나프탈레이트(PEN) 폴리머칩을 사용하였고, 슬릿형 압출구금을 이용하여 제조하였다. 상기 슬릿형 압출구금은 본 발명의 동일 출원인에 의한 출원번호 제10-2012-0087416호가 참조로 삽입된다. 구체적으로 분산체로서 PEN, 기재 및 스킨층으로서 PC 얼로이를 각각 제1 압출부, 제2 압출부 및 제3 압출부에 투입하였다. PEN과 PC얼로이의 압출 온도는 295℃로 하고 Cap.Rheometer 확인하여 I.V. 조정을 통해 폴리머 흐름을 보정하고, 스킨층은 280℃ 온도 수준에서 압출공정을 수행하였다.
도 12의 슬릿형 압출구금 4개를 이용하여 평균 광학적 두께가 상이한 4개의 복합류를 제조하였다. 구체적으로 제1 압출부에서 이송된 제1 성분을 4개의 슬릿형 압출구금에 분배하고, 제2 압출부에서 이송된 제2 성분을 4개의 슬릿형 압출구금에 이송하였다. 하나의 슬릿형 압출구금은 300 레이어로 구성되며, 도12의 제5 구금분배판의 저면의 제1 슬릿형 압출구금의 슬릿의 두께는 0.26㎜, 제2슬릿형 압출구금의 슬릿두께는 0.21㎜, 제3 슬릿형 압출구금의 슬릿두께는 0.17㎜, 제4 슬릿형 압출구금의 슬릿두께는 0.30㎜ 이고, 제6 구금분배판의 토출구의 직경은 15 mm×15 mm였다. 상기 4개의 슬릿형 압출구금을 통해 토출된 4개의 다층 복합류 및 별도의 유로를 통해 이송된 스킨층 성분이 컬렉션 블록에서 합지하여 단일 코어층 및 코어층의 양면에 일체로 형성된 스킨층으로 합지하였다. 상기 스킨층이 형성된 코어층 폴리머를 유속 및 압력구배를 보정하는 도 7, 8의 코트 행거다이에서 퍼짐을 유도하였다. 유속은 1m/min이었다. 그 뒤 냉각 및 캐스팅 롤에서 평활화 공정을 수행하고 MD 방향으로 6배 연신하였고, 이때, TD 방향으로 어떠한 힘도 가하지 않았다. 이어서 180℃ 에서 2분 동안 IR 히터를 통해 열고정을 수행하여 도 11과 같은 다층 반사형 편광자를 제조하였다. 제조된 반사형 편광자의 제1성분의 굴절율은 (nx:1.88, ny:1.64, nz:1.64)이고 제2 성분의 굴절율은 1.64였다. A그룹은 300층(150 반복단위)이며 반복단위의 두께는 168nm이고, 평균 광학적두께 275.5nm이며 광학적 두께편차는 20% 내외였다. B그룹은 300층(150 반복단위)이며 반복단위의 두께는 138nm이고, 평균 광학적두께 226.3nm이며 광학적 두께편차는 20% 내외였다. C그룹은 300층(150 반복단위)이며 반복단위의 두께는 110nm이고, 평균 광학적두께 180.4nm이며 광학적 두께편차는 20% 내외였다. D그룹은 300층(150 반복단위)이며 반복단위의 두께는 200nm이고, 평균 광학적두께 328nm이며 광학적 두께편차는20% 내외였다. 제조된 다층 반사형 편광자의 코어층 두께 92.4 ㎛, 스킨층 두께를 각각 153.8㎛로, 전체 두께가 400㎛, 전체 폭이 98㎝가 되도록 하였다.
<실험예>
상기 실시예 및 비교예를 통해 제조된 반사편광필름에 대하여 다음과 같은 물성을 평가하여 그 결과를 하기 표 1 에 나타내었다.
1. 휘도, 휘도균일성
제조된 반사편광필름의 투과축에 평행한 임의의 제1선을 선정하고, 상기 제1선 상에 중심점이 위치한 정사각형의 100㎜× 100㎜ 크기인 총 5개의 시료를 샘플링했다. 이때, 제1선을 수직이등분 하는 지점에 중심점이 있는 제1시료를 중심으로 좌측방향으로 2개 시료, 우측방향으로 2개 시료를 샘플링하되, 인접하는 시료들 간 거리는 50㎜가 되도록 하였다.
이후 각 시료에 대해 휘도를 측정하기 위하여 반사필름, 도광판, 확산판 및 반사편광필름인 시료 순으로 구비된 직하형 백라이트 유닛 위에 패널을 조립 한 후, 탑콘사의 BM-7 측정기를 이용하여 9개 지점의 휘도를 측정하여 평균치를 나타내었다. 이때, 백라이트 유닛은 시료의 사이즈에 맞도록 제작하여 사용하였다.
측정된 각 시료평 휘도 평균치를 통해 5개 시료에 대한 평균휘도, 휘도 표준편차를 계산한 뒤 하기 수학식 1을 통해 휘도 분산계수를 계산했다.
[수학식 1]
Figure 112018117780636-pat00002
또한, 5개 시료에 대한 평균휘도에 대해 실시예1의 평균휘도를 100%로 기준해서 나머지 실시예와 비교예의 평균휘도를 상대적인 상대휘도로 나타내었다.
2. 종횡비, 단면적, 분산체 개수 측정방법
분산체 종횡비의 측정은 FE-SEM을 통해 반사편광필름의 신장방향에 수직하고, 두께방향에 평행한 수직단면에 대해 촬영된 단면사진을 기준으로, 상기 단면사진에 포함된 분산체별 종방향의 길이와 횡방향의 길이를 측정하여 종횡비를 산출하였으며, 이때, 단면사진 내 분산체 개수가 1,000개 이상인 것을 대상으로 하여 단면적에 대한 수치의 신뢰성을 확보하였다.
구체적으로 길이 및 개수의 측정은 ImageJ 프로그램을 통해 FE-SEM의 단면사진에서 분산체와 기재간의 명암 단차를 이용하여 사진상의 모든 분산체의 단면적 분포(장축길이, 단축길이, 개수)를 산출하고, 이를 통해 분산체들 각각의 단면적을 하기 수학식 2를 통해 계산하였다.
[수학식 2]
분산체의 단면적(㎛2) = 3.14×(분산체의 장축길이×분산체의 단축길이)/2
3. 두께편차
휘도 분산계수 측정을 위해 샘플링된 시료 각각의 정중앙 중심점을 기준으로 한 두께를 측정한 뒤, 최대두께의 샘플 두께를 100%로 기준해서 다른 샘플의 두께 백분율을 계산하였고, 최대두께의 샘플에 대비해서 두께백분율 차이가 1%를 초과하는 샘플의 개수를 카운팅한 뒤, 초과 개수가 0개 5점, 1개 4점, 2개 3점, 3개 2점, 4개 1점으로 평가했다.
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
랜덤 랜덤 랜덤 랜덤 판상형 랜덤 랜덤 랜덤 다층형
폭(㎝) 158 158 158 158 97 156 90 70 97
DEG(중량%) 2.5 3.5 3.5 3.9 2.5 3.5 6.5 6.5 4.4
TD연신 연신비
1:1.1		 연신비
1:1.1		 클립
고정		 연신비
1:1.1		 연신비
1:1.1		 없음 없음 없음 없음
단면적 83 67 67 60 - 67 36 36 -
제1선 기준 휘도 분산계수 0.47% 0.75% 0.43% 1.83% 0.53% 2.85% 3.32% 2.60% 1.11%
제2선 기준 휘도 분산계수 0.48% 0.95% 0.45% 2.23% 0.56% 2.94% 4.06% 3.05% 1.20%
상대휘도
(%)		 100 97.3 101.0 94.5 90.1 95.1 90.9 91.8 105.5
두께편차 5 5 4 4 5 2 1 1 3
표 1에서 확인할 수 있듯이,
다층형 반사편광필름인 비교예1의 경우 층을 형성하는 폴리머칩 내 부산물의 함량이 높고, TD방향으로 어떠한 처리도 없는 경우에도 제1선이나 제2선을 기준으로 하는 휘도 분산계수에 의거한 휘도균일성이 우수한 것으로 확인되었다.
그러나 분산체를 포함하는 폴리머 분산형 반사편광필름인 실시예 및 비교예 1 내지 3의 경우 폭, 부산물의 함량, 단면적 등의 여러 인자에 의해서 휘도 분산계수가 현저히 달라지는 것을 확인할 수 있다.
또한, 비교예 1 내지 3을 대비하면, 비교예2, 3은 부산물의 함량이 비교예1보다 많았음에도 제조된 반사편광필름의 폭이 좁음에 따라서 휘도 분산계수에 의거한 반사편광필름의 휘도균일성의 문제는 덜 발생한 것을 알 수 있고, 폭이 85㎝ 이상인 비교예2의 경우 비교예3에 대비해 휘도 분산계수에 의거한 휘도균일성 문제가 더 발생한 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 단순한 변형이나 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해서 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (9)

  1. 투과축에 평행한 제1 편광은 투과시키고, 소광축에 평행한 제2 편광은 반사시키는 반사편광필름에 있어서,
    상기 반사편광필름은 기재 내부에 분산된 다수의 분산체를 포함하고,
    상기 투과축에 평행한 면내 가상의 제1선을 기준으로 측정된 하기의 수학식 1에 따른 휘도 분산계수가 2% 이하인 것을 특징으로 하는 반사편광필름:
    [수학식 1]
    Figure 112023011509386-pat00015

    여기서, 시료들이란 면 내 가상의 제N선을 수직이등분 하는 지점에 무게중심점이 있는 제1시료에 및 상기 제1시료를 중심으로 제1시료와 동일형상 및 동일크기를 가지면서 인접하는 시료 간에 등간격이 되도록 제1선의 좌측방향에서 샘플링된 2개 시료와 우측방향에서 샘플링된 2개 시료가 더해진 총 5개의 시료를 의미함.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반사편광필름은 MD 방향으로 연신된 것으로서 상기 제1선은 MD 방향에 수직인 것을 특징으로 하는 반사편광필름.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 휘도 분산계수는 1% 이하인 것을 특징으로 하는 반사편광필름.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1선과 예각인 사잇각이 ±60°이고, 상기 제1선의 이등분점을 통과하는 면내 가상의 제2선을 기준으로 측정된 상기 수학식 1에 따른 휘도 분산계수가 2% 이내인 것을 특징으로 하는 반사편광필름.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 투과축 방향을 폭 방향으로 할 때, 폭이 85㎝ 이상인 것을 특징으로 하는 반사편광필름.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 분산체는 기재 내부에 랜덤하게 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 반사편광필름.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 분산체는 평균종횡비가 0.5이하이며, 0.3㎛2 이하의 단면적을 갖는 분산체의 개수가 전체 분산체 중 65% 이상인 것을 특징으로 하는 반사편광필름.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 분산체는 평균종횡비가 0.5이하이며, 0.3㎛2 이하의 단면적을 갖는 분산체의 개수가 전체 분산체 중 80% 이상인 것을 특징으로 하는 반사편광필름.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 반사편광필름을 포함하는 표시장치.
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