KR102634252B1 - 편광판 - Google Patents

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KR102634252B1
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장준원
박문수
박순천
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주식회사 엘지화학
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/30—Polarising elements

Abstract

본 출원은, 편광판 및 그 용도에 대한 것이다. 본 출원은, IPS 모드의 LCD와 같은 디스플레이 장치에 적용되어서, 특히 경사각에서의 CR(Contrast Ratio) 저하를 방지하고, 색감 및 시감 특성을 우수하게 유지할 수 있는 편광판을 제공할 수 있다.

Description

편광판{Polarizing Plate}
본 출원은, 편광판에 관한 것이다.
액정 디스플레이(LCD, Liquid Crystal Display)는, TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertical Alighment) 또는 IPS(In-plnae switching) 모드 등으로 구분될 수 있다. 상기에서 TN(Twisted Nematic) 모드는, 상대적으로 단순한 구조를 가진 액정 디스플레이지만, 액정의 배열이 시야각에 따라 비대칭적이기 때문에 시야각이 제한되는 문제가 있다.
VA(Vertical Alignment) 및 IPS(In-Plane Switching) 모드는 TN 모드의 단점을 보완하기 위하여 연구된 모드이고, 특히 IPS 모드는 광시야각의 구현에 유리하다.
통상 액정 디스플레이는 액정 패널을 포함하고, 액정 패널은 도 1과 같이 대향 배치된 2장의 기판(101, 102)의 사이에 액정 물질(200)을 포함한다. 도면과 같이 상기 2장의 기판(101, 102)의 테두리는 소위 실런트(300)로 봉해지고, 그 사이에 액정 물질이 위치한다. 기판(101, 102)의 액정 물질을 향하는 면에는 액정 배향막(401, 402)이 존재하며, 이 액정 배향막(401, 402)의 배향 방향은, 액정 패널의 모드에 따라 정해진다. 이와 같은 액정 패널의 양면에 통상 편광판(501, 502)이 부착된다.
상기 액정 배향막(401, 402)으로는 소위 러빙 배향막으로 불리우는 배향막으로서, 러빙 처리에 의해 배향성을 부여한 막이 주로 사용되고 있고, 최근에는 소위 광배향막 등과 같은 비접촉식 배향막도 적용되고 있다.
종래 소위 면상 스위칭(In-Plane Switching) 모드의 보상을 위해 다양한 광학 구조가 제안되어 있는데, 이러한 광학 구조는, 대부분 액정 패널 자체의 비대칭성을 고려하여 설계되어 있다.
즉, 종래 적용되던 러빙 배향막은 일정 수준 이상의 큰 프리틸트(pre-tilt) 각도를 가지기 때문에 액정 물질들이 일정 수준 이상의 비대칭성을 가지고 있다. 따라서, 종래의 광학 보상 구조는 액정 패널의 상기 비대칭성도 고려한 것이 대부분이다.
그런데, 최근 적용되고 있는 비접촉식 배향막은 프리틸트가 거의 없거나, 그 각도가 매우 작아서 보다 액정 패널이 대칭성을 가지는데, 이러한 새로운 액정 패널에는 종래의 광학 보상 구조가 적절하게 적용되지 못하는 문제가 있다.
본 출원은, 편광판에 대한 것이다. 본 출원은, 디스플레이 장치에 적용되어서 경사각에서도 높은 CR(Contrast Ratio)을 확보할 수 있고, 경사각의 모든 방향에서 균일한 색감을 확보할 수 있는 편광판을 제공하는 것을 하나의 목적으로 한다. 본 출원의 상기 편광판은, 일 예시에서 소위 면상 스위칭 모드의 액정 패널에 적용되는 것일 수 있으며, 상기에서 면상 스위칭 모드의 액정 패널은, 비접촉식 배향막을 가지는 액정 패널일 수 있다.
본 명세서에서 언급하는 위상차, 굴절률 및/또는 굴절률 이방성 등의 광학 특성의 기준 파장은, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 대략 550 nm이다.
한편, 본 명세서에서 용어 면내 위상차는 하기 수식 1에 의해 규정되는 광학 특성이고, 두께 방향 위상차는 하기 수식 2에 의해 규정되는 광학 특성이며, Nz 계수는 하기 수식 3에 의해 정해지는 광학 특성이다.
[수식 1]
Rin = d × (nx - ny)
[수식 2]
Rth = d ×(nz - ny)
[수식 3]
Nz = (nx - nz)/(nx - ny)
수식 1 내지 3에서 Rin은 면내 위상차이고, Rth는 두께 방향 위상차이며, d는 층의 두께이며, nx는 층의 지상축 방향 굴절률이고, ny는 진상축 방향의 굴절률이며, nz는 두께 방향의 굴절률이다.
상기에서 용어 층은, 면내 위상차, 두께 방향 위상차 및/또는 Nz 계수의 측정 대상의 층이고, 따라서, 예를 들어, 위상차층의 면내 위상차, 두께 방향 위상차 및 Nz 계수를 구하는 상기 수식들에서의 층은 상기 위상차층이다.
본 명세서에서 각도를 정의하는 용어 수직, 수평, 직교 및 평행은 실질적인 의미에서의 수직, 수평, 직교 및 평행으로서, 대략 ±10도 이내, ±9도 이내, ±8도 이내, ±7도 이내, ±6도 이내, ±5도 이내, ± 4도 이내, ±3도 이내, ±2도 이내 또는 ±1도 이내의 오차를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 언급하는 용어 경사각 및 동경각은 특별히 달리 규정하지 않는 한 다음과 같이 정의된다. 도 2에서 x축과 y축에 의해 형성되는 평면을 기준면(예를 들면, 기준면은 디스플레이 장치에서 화상이 표시되는 디스플레이면 또는 편광판의 표면일 수 있다)이라고 할 때에 그 기준면의 법선인 z축에 대해서 도 2와 같이 형성되는 각도를 경사각으로 정의한다(도 2에서 P 지점에서의 경사각은
Figure 112019021375215-pat00001
). 도 2에서 x축과 y축에 의해 형성되는 평면을 기준면(예를 들면, 기준면은 디스플레이 장치에서 화상이 표시되는 디스플레이면 또는 편광판의 표면일 수 있다)이라고 할 때에 그 기준면의 x축을 0도로 한 때에 해당 x축에 대해서 도 2와 같이 형성되는 각도를 동경각으로 정의한다(도 2에서 P 지점에서의 동경각은 φ).
본 출원의 편광판은, 적어도 편광층 및 상기 편광층의 하부에 존재하는 제 1 및 제 2 위상차층을 포함할 수 있다. 상기에서 편광층은, 흡수형이거나, 반사형 편광층일 수 있으며, 일 예시에서는 흡수형 선형 편광층일 수 있다. 따라서, 상기 흡수형 편광층은 일 방향으로 형성된 투과축과 그와는 다른 방향으로 형성된 흡수축을 가질 수 있다. 통상 흡수형 편광층에서 투과축과 흡수축은 서로 수직하게 형성된다.
본 출원의 편광판에서 상기 제 1 및 제 2 위상차층은 상기 편광층의 일면에 위치할 수 있고, 구체적으로는 상기 편광층의 하부에 위치할 수 있다. 본 명세서에서 용어 하부는, 상기 편광층에서 상기 제 1 또는 제 2 위상차층으로 향하는 방향을 의미하고, 상부는 그 반대 방향을 의미한다. 일 예시에서 상기 하부는, 본 출원의 편광판이 액정 디스플레이 장치에 적용되었을 때에 상기 편광판에서 상기 디스플레이 장치로 향하는 방향과 일치할 수 있다.
본 명세서에서 용어 편광층은 반사형 또는 흡수형 편광 기능을 가지는 필름, 시트 또는 소자를 의미한다. 편광층은 여러 방향으로 진동하는 입사광으로부터 한쪽 방향으로 진동하는 광을 추출할 수 있는 기능성 소자이다.
본 출원에서 흡수형 편광층으로는, 흡수형 선형 편광층을 사용할 수 있다. 이러한 편광층으로는, 대표적으로 PVA(poly(vinyl alcohol)) 편광층이 알려져 있지만, 본 출원에서 적용될 수 있는 편광층의 종류가 상기 PVA 편광층에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 수평 배향된 상태로 중합된 액정 호스트와 이색성 염료를 포함하는 편광층으로서, 소위 코팅형 편광층으로 공지된 편광층도 본 출원에서 적용될 수 있다.
상기와 같은 편광층들은 다양하게 공지되어 있고, 그러한 편광층의 제조 방법이나 입수 방법도 잘 알려져 있다. 본 출원에서는 특별한 제한 없이 이러한 공지의 편광층들이 적용될 수 있다.
상기 적용되는 흡수형 편광층의 두께에는 특별한 제한은 없고, 공지의 편광층이 가지는 두께를 가질 수 있다. 통상 상기 편광층의 두께는 대략 0.5μm 내지 30μm의 범위 내일 수 있다.
본 출원의 편광판에서는 상기 편광층의 하부에는 제 1 및 제 2 위상차층이 존재한다. 상기 편광판에서는 상기 편광층의 하부에 상기 제 1 위상차층이 존재하고, 상기 제 1 위상차층의 하부에 상기 제 2 위상차층이 존재하여, 도 3과 같이 편광층(300), 제 1 위상차층(100) 및 제 2 위상차층(200)이 상기 순서로 적층되어 있다.
본 출원에서는 이러한 위차 관계에서 각 위상차층의 광학 특성을 하기와 같이 설계하여, 디스플레이 장치, 특히 비접촉식 배향막을 가지는 IPS(In-Plane Switching) 모드의 액정 디스플레이 장치에 적용되어서 경사각에서도 높은 CR(Contrast Ratio)을 확보하고, 경사각의 모든 방향에서 균일한 색감을 확보할 수 있는 편광판을 제공할 수 있다.
상기 제 1 위상차층은, 두께 방향 위상차(550 nm 파장 기준)가 대략 90 내지 110 nm의 범위 내에 있다. 상기 두께 방향 위상차는 다른 예시에서 약 91 nm 이상, 92 nm 이상, 93 nm 이상, 94 nm 이상, 95 nm 이상, 96 nm 이상, 97 nm 이상 또는 98 nm 이상이거나, 109 nm 이하, 108 nm 이하, 107 nm 이하, 106 nm 이하, 105 nm 이하 또는 104 nm 이하일 수 있다.
상기 제 1 위상차층은, 실질적으로 면내 위상차를 가지지 않는 층일 수 있다. 이러한 제 1 위상차층의 면내 위상차(550 nm 파장 기준)는, 예를 들면, 대략 10 nm 이하, 9 nm 이하, 8 nm 이하, 7 nm 이하, 6 nm 이하, 5 nm 이하, 4 nm 이하, 3 nm 이하, 2 nm 이하 또는 1 nm 이하이거나, 실질적으로 0 nm이다.
제 1 위상차층은, 550 nm 파장을 기준으로 한 위상차가 위에 기술한 범위 내이면서 소정 범위로 설계된 파장 분산 특성을 나타내는 것이 효과적이다. 예를 들어, 상기 제 1 위상차층은, 하기 수식 4에 따른 분산 계수가 0.8 내지 0.95의 범위 내일 수 있다.
[수식 4]
분산 계수 = Rth(450)/Rth(550)
수식 4에서 Rth(450)은 제 1 위상차층의 450 nm 파장을 기준으로 한 두께 방향 위상차이고, Rth(550)은 제 1 위상차층의 550 nm 파장을 기준으로 한 두께 방향 위상차이다.
제 1 위상차층이 상기 범위의 두께 방향 위상차의 분산 특성을 나타내면, 전술한 위상차값 및 후술하는 제 2 위상차층과의 조합을 통해서 가시광 영역 내에서 파장에 따라서 적절한 수준의 보상 기능을 나타낼 수 있고, 그에 따라 본 출원에서 목적하는 휘도 및 색감 특성이 효과적으로 확보될 수 있다.
상기 분산 계수는 다른 예시에서 대략 0.81 이상 정도, 0.82 이상 정도, 0.83 이상 정도, 0.84 이상 정도, 0.85 이상 정도, 0.86 이상 정도, 0.87 이상 정도, 0.88 이상 정도, 0.89 이상 정도 또는 0.9 이상 정도이거나, 0.94 이하 정도, 0.93 이하 정도, 0.92 이하 정도, 0.91 이하 정도 또는 0.9 이하 정도일 수도 있다.
본 출원의 편광판에서 상기 제 1 위상차층의 하부에는 제 2 위상차층이 존재한다. 상기 제 2 위상차층은, 상기 제 1 위상차층과 접하고 있거나, 혹은 제 1 및 제 2 위상차층의 사이에 다른 요소가 존재하고 있을 수도 있다.
상기 제 2 위상차층으로는, 상기 수식 3에 따른 Nz 계수가 1 내지 1.2의 범위 내인 위상차층을 적용한다. 상기 Nz 계수는, 다른 예시에서 약 1.19 이하 정도, 1.18 이하 정도, 1.17 이하 정도, 1.16 이하 정도, 1.15 이하 정도, 1.14 이하 정도, 1.13 이하 정도, 1.12 이하 정도, 1.11 이하 정도, 1.1 이하 정도, 1.09 이하 정도, 1.08 이하 정도, 1.07 이하 정도, 1.06 이하 정도, 1.05 이하 정도, 1.04 이하 정도, 1.03 이하 정도, 1.02 이하 정도 또는 1.01 이하 정도일 수 있다. 상기 Nz 계수는, 위상차층의 이축성을 나타내는 척도이고, 위에 기술한 범위에서 Nz 계수를 가지는 위상차층은 상기 제 1 위상차층과 조합되어 본 출원의 목적이 효과적으로 달성될 수 있도록 한다.
상기 제 2 위상차층은, 550 nm 파장을 기준으로 한 면내 위상차가 대략 110 내지 150 nm의 범위 내에 있다. 상기 면내 위상차는 다른 예시에서 111 nm 이상 정도, 112 nm 이상 정도, 113 nm 이상 정도, 114 nm 이상 정도, 115 nm 이상 정도, 116 nm 이상 정도, 117 nm 이상 정도, 118 nm 이상 정도, 119 nm 이상 정도, 120 nm 이상 정도, 121 nm 이상 정도, 122 nm 이상 정도, 123 nm 이상 정도, 124 nm 이상 정도, 125 nm 이상 정도, 126 nm 이상 정도, 127 nm 이상 정도, 128 nm 이상 정도, 129 nm 이상 정도 또는 130 nm 이상 정도이거나, 149 nm 이하 정도, 148 nm 이하 정도, 147 nm 이하 정도, 146 nm 이하 정도, 145 nm 이하 정도, 144 nm 이하 정도, 143 nm 이하 정도, 142 nm 이하 정도, 141 nm 이하 정도, 140 nm 이하 정도, 139 nm 이하 정도, 138 nm 이하 정도, 137 nm 이하 정도, 136 nm 이하 정도, 135 nm 이하 정도, 134 nm 이하 정도, 133 nm 이하 정도, 132 nm 이하 정도, 131 nm 이하 정도 또는 130 nm 이하 정도일 수 있다.
제 2 위상차층도 소정 범위로 설계된 분산 특성을 가질 수 있다. 제 2 위상차층은, 하기 수식 5에 따른 분산 계수가 0.8 내지 1.1의 범위 내일 수 있다.
[수식 5]
분산 계수 = R(450)/R(550)
수식 5에서 R(450)은 제 2 위상차층의 450 nm 파장을 기준으로 한 면내 위상차이고, R(550)은 제 2 위상차층의 550 nm 파장을 기준으로 한 면내 위상차이다.
면내 위상차의 분산 정도가 상기와 같이 제어되고, 면내 위상차 및 Nz 계수가 제어된 제 2 위상차층은 소정 위치에서 상기 제 1 위상차층과 조합되어 가시광 영역의 광에 대해서 파장에 따라서 적절한 보상 기능을 하여 본 출원의 목적에 적합한 효과를 달성한다.
상기 분산 계수는, 다른 예시에서 0.81 이상 정도, 0.82 이상 정도, 0.83 이상 정도, 0.84 이상 정도, 0.85 이상 정도, 0.86 이상 정도, 0.87 이상 정도, 0.88 이상 정도, 0.89 이상 정도, 0.90 이상 정도, 0.91 이상 정도, 0.92 이상 정도, 0.93 이상 정도, 0.94 이상 정도, 0.95 이상 정도, 0.96 이상 정도, 0.97 이상 정도, 0.98 이상 정도, 0.99 이상 정도, 1 이상 정도, 1.01 이상 정도이거나, 1.09 이하 정도, 1.08 이하 정도, 1.07 이하 정도, 1.06 이하 정도, 1.05 이하 정도, 1.04 이하 정도, 1.03 이하 정도, 1.02 이하 정도 또는 1.01 이하 정도일 수 있다.
상기 편광판의 상기와 같은 배치에서 상기 제 2 위상차층은, 그 지상축이 편광층의 흡수축과 대략 170도 내지 190도의 범위 내의 각도를 이룰 수 있도록 배치된다. 상기 각도는 다른 예시에서 약 171도 이상 정도, 172도 이상 정도, 173도 이상 정도, 174도 이상 정도, 175도 이상 정도, 176도 이상 정도, 177도 이상 정도, 178도 이상 정도, 179도 이상 정도 또는 180도 이상 정도이거나, 189도 이하 정도, 188도 이하 정도, 187도 이하 정도, 186도 이하 정도, 185도 이하 정도, 184도 이하 정도, 183도 이하 정도, 182도 이하 정도, 181도 이하 정도 또는 180도 이하 정도일 수 있다.
제 1 위상차층의 경우, 전술한 바와 같이 실질적으로 면내 위상차를 가지지 않고, 따라서 그의 지상축의 배치는 편광판의 성능에 큰 영향을 미치지는 않는다. 다만, 제 1 위상차층에 지상축이 존재하는 경우에 그 배치는 편광층의 흡수축과 수직하거나 수평할 수 있다.
상기 편광판은, 편광층, 제 1 및 제 2 위상차층의 상부 및/또는 하부에는 다른 요소를 포함할 수 있다. 다만, 상기 편광판은, 위상차층으로는 상기 제 1 및 제 2 위상차층만을 포함할 수 있다. 즉, 상기 편광판은 상기 편광층과 제 1 및 제 2 위상차층을 제외하면, 소위 등방성층만을 추가로 포함할 수 있다. 본 명세서에서 언급하는 등방성층은, 실질적인 등방성층으로서 해당 층이 어느 정도의 위상차를 가진다고 해도 편광판에 대해서 설계된 광학 구조를 훼손하지 않을 정도의 위상차라면, 등방성층으로 취급될 수 있다. 일 예시에서 본 출원에서 언급하는 용어 등방성층은, 상기 면내 위상차 및 두께 방향 위상차가 동시에 20 nm 이하인 층이다. 상기 위상차는 다른 예시에서 19nm 이하, 18nm 이하, 17nm 이하, 16nm 이하, 15nm 이하, 14nm 이하, 13nm 이하, 12nm 이하, 11nm 이하, 10nm 이하, 9nm 이하, 8nm 이하, 7nm 이하, 6nm 이하, 5nm 이하, 4nm 이하, 3nm 이하, 2nm 이하 또는 1 nm 이거나, 0 nm일 수 있다. 따라서, 반대로 상기 면내 위상차 및 두께 방향 위상차 중에서 어느 하나라도 20 nm를 초과하는 층은 본 출원에서 위상차층으로 취급될 수 있다.
제 1 및 제 2 위상차층으로는 상기 언급된 특성을 만족하는 한, 다양한 종류의 위상차층을 제한 없이 사용할 수 있다.
통상 위상차층으로는 일축 또는 이축 연신 등의 연신에 의해서 광학 이방성을 부여한 고분자 필름이나, 중합성 액정 화합물(소위 RM(Reactive Mesogen))을 배향시키고 중합시켜서 형성되는 액정 필름 또는 액정 고분자 필름 등이 적용되고, 위에 기술한 특성이 만족되는 한 상기와 같은 공지의 위상차층이 모두 사용될 수 있다.
상기 연신 고분자 필름으로는, 예를 들면, 폴리에틸렌 필름 또는 폴리프로필렌 필름 등의 폴리올레핀 필름, 폴리노르보넨 필름 등의 고리형 올레핀 폴리머(COP: Cycloolefin polymer) 필름, 아크릴 필름, 폴리염화비닐 필름, 폴리아크릴로니트릴 필름, 폴리설폰 필름, 폴리아크릴레이트 필름, 폴리비닐알코올 필름 또는 TAC(Triacetyl cellulose) 필름 등의 셀룰로오스 에스테르계 폴리머 필름 또는 PET(poly(ethylene terephthalate)) 필름이나, PC(polycarbonate) 필름 등의 폴리에스테르 필름이나 상기 폴리머를 형성하는 단량체 중에서 2종 이상의 단량체의 공중합체 필름 등이 예시될 수 있다. 하나의 예시에서 고분자 필름으로는, 고리형 올레핀 폴리머 필름 또는 아크릴 필름을 사용할 수 있다. 상기에서 고리형 올레핀 폴리머로는, 노르보넨 등의 고리형 올레핀의 개환 중합체 또는 그 수소 첨가물, 고리형 올레핀의 부가 중합체, 고리형 올레핀과 알파-올레핀과 같은 다른 공단량체의 공중합체, 또는 상기 중합체 또는 공중합체를 불포화 카르복실산이나 그 유도체 등으로 변성시킨 그래프트 중합체 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
액정 필름의 제조에 적용될 수 있는 중합성 액정 화합물(소위 RM(reactive mesogen))도 다양하게 알려져 있고, 그를 적용하여 액정 필름을 제조하는 방식도 공지이다. 위와 같은 중합성 액정 화합물로는 소위 중합성 네마틱 액정 화합물이나, 중합성 스멕틱 액정 화합물 등이 알려져 있다. 분산 계수의 조절의 용이성 관점에서 이러한 중합성 액정 화합물을 적용하는 것이 효과적이지만, 다른 종류의 필름이라도 본 출원의 요건을 만족하는 한 적용 가능하다.
일 예시에서 상기 제 1 위상차층으로는 소위 수직 배향된 액정 필름(homeotrophic aligned liquid crystal film)으로서, 중합된 수직 배향 중합성 액정 화합물을 포함하는 액정층을 적용하거나, 상기 연신 고분자 필름 중에서 목적하는 물성을 나타내는 필름을 적용할 수 있다.
일 예시에서 상기 제 2 위상차층으로는 소위 수평 배향된 액정 필름(homogenious aligned liquid crystal film)으로서, 중합된 수평 배향 중합성 액정 화합물을 포함하는 액정층을 적용하거나, 상기 연신 고분자 필름 중에서 목적하는 물성을 나타내는 필름을 적용할 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 위상차층의 두께에는 특별한 제한이 없고, 목적하는 위상차를 나타낼 수 있는 범위에서 적절한 종류가 선택될 수 있다.
본 출원의 편광판은, 상기 기재된 요소 외에도 다양한 추가적인 요소를 포함할 수 있다. 이러한 층의 종류로는, 편광층 보호 필름 등의 기타 고분자 필름, 배향막, 이형층, 하드코팅층, 저반사층, 반사 방지층, 점착제층 또는 접착제층 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 각 층의 구체적인 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 업계에서 목적하는 광학적 기능을 가지는 편광판을 구성하기 위해서 사용되는 다양한 종류가 제한 없이 사용될 수 있다.
적절한 성능의 확보를 위해서 본 출원의 편광판은, 상기 편광층의 일면에 부착된 상기 편광층 보호 필름을 포함하고, 상기 편광층의 다른 면에는 보호 필름 없이 직접 상기 제 1 및 제 2 위상차층이 상기 순서로 부착된 구조를 가질 수 있다. 또한, 상기 제 2 위상차층의 하부에는 상기 편광판을 디스플레이 장치에 부착할 수 있는 점착제층이나 접착제층이 존재할 수도 있다.
본 출원은 또한 디스플레이 장치에 대한 것이다. 예시적인 디스플레이 장치는, 상기 편광판을 포함할 수 있다.
편광판을 포함하는 디스플레이 장치의 구체적인 종류는 특별히 제한되지 않는다. 상기 장치는, 예를 들면, 반사형 또는 반투과반사형 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display)와 같은 액정 디스플레이 장치이거나, 유기발광 디바이스(Organic Light Emitting Device) 등일 수 있다.
디스플레이 장치에서 편광판의 배치 형태는 특별히 제한되지 않고, 예를 들면 공지의 형태가 채용될 수 있다.
전술한 바와 같이 상기 편광판은 다양한 디스플레이 장치 중에서 특히 IPS(In-Plane Switching) 모드의 액정 디스플레이 장치에 적용되어 효과적인 광학 보상이 가능하고, 특히 비접촉식 배향막(광배향막 등)이 적용된 IPS 모드의 액정 디스플레이에서 효과적으로 적용될 수 있다.
본 출원의 편광판이 적용되는 상기 IPS 모드의 액정 디스플레이의 구성은 특별히 제한되지 않다. 즉, 상기 편광판은 공지의 IPS 모드의 액정 디스플레이에서 공지의 편광판의 적용 방식에 따라 적용될 수 있고, 적용될 수 있는 IPS 액정 디스플레이의 모드도 소위 O 모드 또는 E 모드 등을 포함하고, 특별히 제한되지 않는다.
이러한 액정 디스플레이는 통상 대향 배치된 2장의 기판; 상기 2장의 기판 사이에 위치하는 액정층; 및 상기 액정층과 상기 2장의 기판 중 적어도 하나의 기판 사이에 배치된 액정 배향층을 포함하는 IPS(면상 스위칭) 모드의 액정 패널을 포함하고, 상기 액정 패널의 양면에 부착된 편광판을 포함하는데, 그 중 적어도 일면에 배치된 편광판으로서 상기 기술한 편광판을 사용할 수 있다. 이러한 경우에 상기 편광판은 예를 들면, 상부 편광판 혹은 시인측 편광판일 수 있다. 즉, 액정 디스플레이는 통상 액정 패널과 그 양면에 부착된 편광판과 상기 2개의 편광판 중 어느 하나와 인접하여 배치된 백라이트 유닛(BLU: BackLight Unit)을 포함하는데, 2개이 편광판 중에서 상기 백라이트 유닛과 인접하도록 배치된 편광판을 일반적으로 하부 편광판으로 호칭하고, 다른 편광판을 상부 편광판으로 호칭하는데, 이러한 상부 편광판이 시인측 편광판이 된다.
본 출원의 편광판을 위와 같이 시인측 편광판으로 적용될 수 있지만, 적용 위치가 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 본 출원의 편광판이 시인측 편광판으로 적용될 때에 하부 편광판으로는 특별한 제한 없이 공지의 편광판이 적용될 수 있지만, 상기 하부 편광판의 편광층과 상기 상부 편광판의 편광층의 사이에는 상기 제 1 및 제 2 위상차층과 액정 패널의 액정층을 제외하면 다른 위상차층이 존재하지 않는 것이 효과적이다.
한편, 상기 구조에서 액정 배향층은 통상 대향 배치된 2장의 기판에서 마주보는 각각의 표면상에 2층 존재한다. 이러한 액정 배향층은 소위 프리틸트 각도가 1도 이하, 0.9도 이하, 0.8도 이하, 0.7도 이하, 0.6도 이하, 0.5도 이하, 0.4도 이하, 0.3도 이하, 0.2도 이하, 0.1도 이하이거나, 0도 정도일 수 있다. 이와 같은 프리틸트 각도를 확인하는 방법은 공지이며, 예를 들면, Crystal Rotation 방식 등이 적용될 수 있다.
상기와 같은 액정 배향층의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 통상 광배향막 등의 비접촉식 배향막은 상기 언급된 프리틸트 각도를 나타낸다.
상기 액정 디스플레이에서의 다른 구성, 예를 들면, 상기 기판이나 액정 물질의 종류 등과 그를 사용하여 액정 디스플레이를 구성하는 방식은 특별히 제한되지 않고, 공지의 통상적인 방식이 적용될 수 있다.
본 출원은, 특히 상대적으로 대칭적인 IPS 모드의 LCD 등의 디스플레이 장치에 적용되어, 경사각에서도 CR(Contrast Ratio), 색감 및 시감 특성을 우수하게 유지할 수 있는 편광판을 제공할 수 있다.
도 1은, 액정 패널의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는, 경사각과 동경각을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 출원의 편광판의 예시적인 구조를 보여주는 도면이다.
도 4 내지 13은 실시예 또느 비교예의 편광판의 성능을 평가한 결과를 보여주는 도면이다.
이하 실시예 및 비교예를 통하여 본 출원을 구체적으로 설명하지만 본 출원의 범위가 하기에 제한되는 것은 아니다.
1. 위상차층의 면내 위상차 , 두께 방향 위상차 및 Nz 계수 평가
실시예 또는 비교예에서 적용된 각 위상차층의 면내 위상차, 두께 방향 위상차 및 Nz 계수는, 위상차 측정 장비(제조사: 중원통상社, 상품명: Axoscan)를 사용하여 투과광의 편광 상태를 분석하는 방식으로 평가하였다. 이러한 장비를 사용하여 위상차층의 면내 위상차, 두께 방향 위상차 및 Nz 계수를 측정하는 방식은 공지이다.
2. 위상차층의 분산 특성 평가
실시예 또는 비교예에 적용된 각 위상차층의 분산 특성은 상기 기술한 방식으로 450 nm 및 550 nm에 대한 면내 위상차 또는 두께 방향 위상차를 평가하여 그 값의 비율을 통해 구하였다.
3. 블랙 상태에서의 휘도 및 색특성 평가
실시예 또는 비교예에서 제조된 편광판의 휘도 특성은 LCD 디스플레이 시야각 편광 특성 분석기(ELDIM EZContrast 160R, 제조사: ELDIM社)를 사용하여 평가하였다.
평가에는 비접촉식 배향막(광배향막)이 적용된 IPS(In-Plane Switching) 모드의 액정 패널(cell gap: 3.2㎛, 양의 유전율 이방성을 가지는 액정이 충전)을 사용하였다. 상기 액정 패널의 배향막(광배향막)의 프리틸트 각도는 대략 0.3도 이내 정도였으며, 상기 프리틸트 각도는 Crystal Rotation 방식으로 확인하였다.
상기와 같은 액정 패널에 상부 편광판으로서, 실시예 또는 비교예에서 제조한 편광판을 부착하여 사용하였고, 하부 편광판으로는 액정 패널에 이미 제공되어 있는 편광판을 사용하였다.
이와 같이 구성된 액정 패널을 off 상태로 하고, 상기 분석기를 사용하여 휘도 특성을 평가하였다.
한편, 색특성은 동일하게 구성된 액정 패널을 적용하여 분석 장비(ELDIM EZContrast 160R, 제조사: ELDIM社)를 사용하여 평가하였다.
실시예 1.
편광판의 제조 시에 편광층으로는 요오드계 PVA(poly(vinyl alcohol)) 편광 필름으로서, 단체 투과율(550 nm 파장 기준)이 대략 42% 정도이고, 편광도(550 nm 파장 기준)가 대략 99.995 정도이며, 두께가 약 7㎛ 정도인 PVA 필름을 사용하였다. 제 1 위상차층으로는, 중합성 액정 화합물(제조사: Merck社, 상품명: RMM1814)을 수직 배향시키고, 그 상태로 중합시켜서 제조한 액정 필름을 적용하였다. 구체적으로 기재 필름으로서 NRT(No Retardation TAC) 필름(FujiFilm社)의 일면에 공지의 수직 배향막을 형성하고, 그 위에 상기 중합성 액정 화합물의 코팅층을 형성하고, 배향 조건에서 수직 배향시킨 후에 자외선을 조사하여 상기 액정 필름을 제조하였다. 이 액정 필름의 두께는 약 2㎛ 정도였고, 두께 방향 위상차(550 nm 파장 기준)는 대략 104 nm였으며, 면내 위상차(550 nm 파장 기준)는 0 nm였고, 분산 계수(Rth(450)/Rth(550))는 약 0.9 수준이었다. 제 2 위상차층으로는, 중합성 액정 화합물(제조사: DIC社, 상품명: UCL-R17)을 수평 배향시키고, 그 상태로 중합시켜서 제조한 액정 필름을 적용하였다. 기재 필름으로서 NRT(No Retardation TAC) 필름(FujiFilm社)의 일면에 공지의 수평 배향막을 형성하고, 그 위에 상기 중합성 액정 화합물의 코팅층을 형성하고, 배향 조건에서 수평 배향시킨 후에 자외선을 조사하여 상기 액정 필름을 제조하였다. 이 액정 필름의 두께는 약 2.5㎛ 정도였고, 두께 방향 위상차(550 nm 파장 기준)는 대략 0 nm였으며, 면내 위상차(550 nm 파장 기준)는 130 nm였고, 분산 계수(R(450)/R(550))는 약 1.01 수준이었고, Nz 계수는 약 1이었다. 상기 PVA 편광 필름의 일면에 보호 필름으로서, 두께가 약 20㎛ 정도인 NRT(No Retardation TAC) 필름(FujiFilm社)을 접착제로 부착하였다. 이어서, 상기 PVA 편광 필름의 NRT 필름이 부착되지 않은 면에 상기 제 1 위상차층인 액정 필름을 액정층만을 전사 방식으로 부착하고, 다시 제 2 위상차층인 액정 필름의 액정층만을 전사 방식으로 부착하고, 마지막으로 상기 제 2 위상차층의 하부에 점착제층을 형성하여 편광판을 제조하였다(편광판 구조: NRT 필름/PVA 편광 필름/제 1 위상차층/제 2 위상차층/점착제층). 상기 구조에서 제 2 위상차층의 지상축과 편광층의 흡수축은 서로 180도를 이루도록 하였다. 위와 같은 편광판을 적용하여 상기 언급된 방식으로 블랙 상태에서의 휘도를 평가한 결과 정면 방향(경사각 0도 방향)에서의 최대 블랙 휘도(단위: cd/m2)는 약 0.672였고, 경사각 60도에서의 최대 블랙 휘도는 약 0.607였다. 도 4는 상기 실시예 1의 편광판을 부착한 디스플레이 면의 경사각 및 방위각별의 블랙 휘도를 평가한 결과이고, 도 5는 경사각 및 방위각별의 색감의 변화를 확인한 결과이다. 도 5에서 검은색 점에 의해 형성된 영역은 경사각 60도를 기준으로 한 모든 방위각에서의 색좌표를 도시한 것이다. 도면으로부터 실시예의 경우, 대부분의 색좌표의 변화가 블루 영역에 존재하여, 모든 방위각에서 균일한 블루 색감을 인식할 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
실시예 2.
편광판의 제조 시에 편광층으로는 실시예 1과 동일한 요오드계 PVA(poly(vinyl alcohol)) 편광 필름을 적용하였다. 제 1 위상차층은 실시예 1과 동일한 재료로 형성된 액정 필름을 적용하되, 두께를 조절하여 두께 방향 위상차(550 nm 파장 기준)가 대략 98 nm 정도가 되도록 한 액정 필름을 적용하였다. 이 액정 필름의 면내 위상차(550 nm 파장 기준)는 0 nm였고, 분산 계수(Rth(450)/Rth(550))는 약 0.9 수준이었다. 제 2 위상차층으로는 Zeon社에서 시판되는 일축 연신 COP(Cycloolefin Polymer) 필름을 적용하였다. 상기 COP 필름의 40㎛ 정도였고, 면내 위상차(550 nm 파장 기준)는 대략 130 nm였고, 분산 계수(R(450)/R(550))는 약 1.01 수준이었고, Nz 계수는 약 1.01이었다. 위 재료를 적용하여 실시예 1과 동일하게 NRT 필름, PVA 편광 필름, 제 1 위상차층, 제 2 위상차층 및 점착제층이 상기 순서로 적층된 편광판을 제조하였다. 상기 과정에서 제 2 위상차층의 부착에는 일반적인 롤투롤(roll to roll) 공정을 적용하였다.
위와 같은 편광판을 적용하여 동일하게 블랙 상태에서의 휘도를 평가한 결과 정면 방향(경사각 0도 방향)에서의 최대 블랙 휘도(단위: 실시예 1과 동일)는 약 0.667였고, 경사각 60도에서의 최대 블랙 휘도는 약 0.582였다. 도 6은 상기 실시예 2의 편광판을 부착한 디스플레이 면의 경사각 및 방위각별의 블랙 휘도를 평가한 결과이고, 도 7은 경사각 및 방위각별의 색감의 변화를 확인한 결과이다. 도 7로부터 실시예 2의 경우도 실시예 1의 경우와 같이 모든 방위각에서 균일한 블루 색감을 인식할 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
실시예 3.
편광층으로는 실시예 1과 동일한 편광층을 적용하였다. 제 2 위상차층으로서는, 실시예 1과 동일한 방식으로 수직 배향 액정 필름을 제조하되, 두께를 조절하여, 두께 방향 위상차(550 nm 파장 기준)는 대략 91 nm이고, 면내 위상차(550 nm 파장 기준)는 0 nm이며, 분산 계수(Rth(450)/Rth(550))는 약 0.9 수준인 액정 필름을 제조하여 적용하였다. 제 2 위상차층으로는, 실시예 2의 일축 연신 COP 필름을 적용하였다. PVA 편광 필름의 일면에 실시예 1과 동일한 NRT 필름을 보호 필름으로서 접착제로 부착하였다. 상기 PVA 편광 필름의 NRT 필름이 부착되지 않은 면에 상기 제 1 위상차층인 액정 필름을 액정층만을 전사 방식으로 부착하고, 다시 제 2 위상차층을 롤투롤 방식으로 부착한 후에 제 2 위상차층의 하부에 점착제층을 형성하여 편광판을 제조하였다(편광판 구조: NRT 필름/PVA 편광 필름/제 1 위상차층/제 2 위상차층/점착제층). 위와 같은 편광판을 적용하여 상기 언급된 방식으로 블랙 상태에서의 휘도를 평가한 결과 정면 방향(경사각 0도 방향)에서의 최대 블랙 휘도(단위: 실시예 1과 동일)는 약 0.718였고, 경사각 60도에서의 최대 블랙 휘도는 약 0.626였다. 도 8은 상기 실시예 3의 편광판을 부착한 디스플레이 면의 경사각 및 방위각별의 블랙 휘도를 평가한 결과이고, 도 9는 경사각 및 방위각별의 색감의 변화를 확인한 결과이다. 도 9로부터 실시예 2의 경우도 실시예 1의 경우와 같이 모든 방위각에서 균일한 블루 색감을 인식할 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
비교예 1.
편광층으로는 실시예 1과 동일한 편광층을 적용하였다. 제 2 위상차층으로서는, 실시예 1과 동일한 방식으로 수직 배향 액정 필름을 제조하되, 두께를 조절하여, 두께 방향 위상차(550 nm 파장 기준)는 대략 144 nm이고, 면내 위상차(550 nm 파장 기준)는 0 nm이며, 분산 계수(Rth(450)/Rth(550))는 약 0.9 수준인 액정 필름을 제조하여 적용하였다. 제 2 위상차층으로는, COP(cycloolefin polymer) 위상차 필름으로서, 두께가 대략 40㎛ 정도이고, 두께 방향 위상차(550 nm 파장 기준)는 대략 -40nm이며, 면내 위상차(550 nm 파장 기준)는 130 nm 정도이고, 분산 계수(R(450)/R(550))는 약 1.01 수준이며, Nz 계수는 약 1.3 정도인 위상차 필름을 적용하였다. PVA 편광 필름의 일면에 실시예 1과 동일한 NRT 필름을 보호 필름으로서 접착제로 부착하였다. 상기 PVA 편광 필름의 NRT 필름이 부착되지 않은 면에 상기 제 1 위상차층인 액정 필름을 액정층만을 전사 방식으로 부착하고, 다시 제 2 위상차층인 COP 위상차 필름을 부착한 후에 제 2 위상차층의 하부에 점착제층을 형성하여 편광판을 제조하였다(편광판 구조: NRT 필름/PVA 편광 필름/제 1 위상차층/제 2 위상차층/점착제층). 위와 같은 편광판을 적용하여 상기 언급된 방식으로 블랙 상태에서의 휘도를 평가한 결과 정면 방향(경사각 0도 방향)에서의 최대 블랙 휘도(단위: 실시예 1과 동일)는 약 0.989였고, 경사각 60도에서의 최대 블랙 휘도는 약 0.949였다. 도 10은 상기 비교예 1의 편광판을 부착한 디스플레이 면의 경사각 및 방위각별의 블랙 휘도를 평가한 결과이고, 도 11은 경사각 및 방위각별의 색감의 변화를 확인한 결과이다. 도 11로부터 비교예 1의 경우, 방위각에 따라서 색감이 블루 영역과 그린 영역에 걸쳐서 인식되기 때문에 방위각에 따라서 매우 불균일한 색감이 인식된다는 것을 확인할 수 있다.
비교예 2.
편광층으로는 실시예 1과 동일한 요오드계 PVA(poly(vinyl alcohol)) 편광 필름을 적용하였다. 제 1 위상차층으로는, 중합성 액정 화합물(제조사: Merck社, 상품명: RM1814)을 수직 배향시키고, 그 상태로 중합시켜서 제조한 액정 필름을 적용하였다. 구체적으로 기재 필름으로서 NRT(No Retardation TAC) 필름(FujiFilm社)의 일면에 수직 배향막(실시예 1과 동일)을 형성하고, 그 위에 상기 중합성 액정 화합물의 코팅층을 형성하고, 배향 조건에서 수직 배향시킨 후에 자외선을 조사하여 상기 액정 필름을 제조하였다. 이 액정 필름의 두께는 약 1.0㎛ 정도였고, 두께 방향 위상차(550 nm 파장 기준)는 대략 119 nm였으며, 면내 위상차(550 nm 파장 기준)는 0 nm였고, 분산 계수(Rth(450)/Rth(550))는 약 1.1 수준이었다. 제 2 위상차층으로는, 중합성 액정 화합물(제조사: DIC社, 상품명: UCL-R17)을 수평 배향시키고, 그 상태로 중합시켜서 제조한 액정 필름을 적용하였다. 기재 필름으로서 NRT(No Retardation TAC) 필름(FujiFilm社)의 일면에 수평 배향막(실시예 1과 동일)을 형성하고, 그 위에 상기 중합성 액정 화합물의 코팅층을 형성하고, 배향 조건에서 수평 배향시킨 후에 자외선을 조사하여 상기 액정 필름을 제조하였다. 이 액정 필름의 두께는 약 2.5㎛ 정도였고, 두께 방향 위상차(550 nm 파장 기준)는 대략 0 nm였으며, 면내 위상차(550 nm 파장 기준)는 140 nm였고, 분산 계수(R(450)/R(550))는 약 0.9 수준이었고, Nz 계수는 약 1이었다. 상기 PVA 편광 필름의 일면에 보호 필름으로서, 두께가 약 20㎛ 정도인 NRT(No Retardation TAC) 필름(FujiFilm社)을 접착제로 부착하였다. 이어서, 상기 PVA 편광 필름의 NRT 필름이 부착되지 않은 면에 상기 제 2 위상차층인 액정 필름을 액정층만을 전사 방식으로 부착하고, 다시 제 1 위상차층인 액정 필름의 액정층만을 전사 방식으로 부착하고, 마지막으로 상기 제 2 위상차층의 하부에 점착제층을 형성하여 편광판을 제조하였다(편광판 구조: NRT 필름/PVA 편광 필름/제 2 위상차층/제 1 위상차층/점착제층). 위와 같은 편광판을 적용하여 상기 언급된 방식으로 블랙 상태에서의 휘도를 평가한 결과 정면 방향(경사각 0도 방향)에서의 최대 블랙 휘도(단위: 실시예 1과 동일)는 약 1.417였고, 경사각 60도에서의 최대 블랙 휘도는 약 1.362였다. 도 12는 상기 비교예 2의 편광판을 부착한 디스플레이 면의 경사각 및 방위각별의 블랙 휘도를 평가한 결과이고, 도 13은 경사각 및 방위각별의 색감의 변화를 확인한 결과이다. 도 13으로부터 비교예 2의 경우, 방위각에 따라서 색감이 블루, 그린 및 레드 영역에 걸쳐서 인식되기 때문에 방위각에 따라서 매우 불균일한 색감이 인식된다는 것을 확인할 수 있다.

Claims (10)

  1. 대향 배치된 2장의 기판; 상기 2장의 기판 사이에 위치하는 액정층; 및 상기 액정층과 상기 2장의 기판 중 적어도 하나의 기판 사이에 배치된 액정 배향층을 포함하는 면상 스위칭 모드의 액정 패널; 및 상기 액정 패널의 일면에 배치된 시인측 편광판을 포함하고,
    상기 시인측 편광판은
    편광층;
    상기 편광층의 하부에 위치하고, 하기 수식 2에 따른 두께 방향 위상차가 550 nm 파장을 기준으로 90 내지 110 nm의 범위 내이며, 하기 수식 4에 따른 분산 계수가 0.8 내지 0.95의 범위 내인 제 1 위상차층; 및
    상기 제 1 위상차층의 하부에 위치하고, 하기 수식 3에 따른 Nz 계수가 1 내지 1.2의 범위 내이고, 면내 위상차가 550 nm 파장을 기준으로 110 내지 140 nm의 범위 내인 제 2 위상차층을 포함하고,
    상기 제 2 위상차층의 지상축은 상기 편광층의 흡수축과 170도 내지 190도 범위 내의 각도를 이루도록 배치된 액정 디스플레이 장치:
    [수식 2]
    Rth = d × (nz - ny)
    [수식 3]
    Nz = (nx - nz)/(nx - ny)
    [수식 4]
    분산 계수 = Rth(450)/Rth(550)
    수식 2 및 3에서 Rth는 두께 방향 위상차이고, d는 위상차층의 두께이며, nx는 위상차층의 지상축 방향 굴절률이고, ny는 진상축 방향의 굴절률이며, nz는 두께 방향의 굴절률이고, 수식 4에서 Rth(450)은 제 1 위상차층의 450 nm 파장을 기준으로 한 두께 방향 위상차이고, Rth(550)은 제 1 위상차층의 550 nm 파장을 기준으로 한 두께 방향 위상차이다.
  2. 제 1 항에 있어서, 제 1 위상차층의 면내 위상차는 10 nm 이하인 액정 디스플레이 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 제 1 위상차층은, 하기 수식 4에 따른 분산 계수가 0.85 내지 0.95의 범위 내인 액정 디스플레이 장치:
    [수식 4]
    분산 계수 = Rth(450)/Rth(550)
    수식 4에서 Rth(450)은 제 1 위상차층의 450 nm 파장을 기준으로 한 두께 방향 위상차이고, Rth(550)은 제 1 위상차층의 550 nm 파장을 기준으로 한 두께 방향 위상차이다.
  4. 제 1 항에 있어서, 제 1 위상차층은 중합된 수직 배향 중합성 액정 화합물을 포함하는 액정층 또는 연신 고분자 필름인 액정 디스플레이 장치.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 제 2 위상차층은, 하기 수식 5에 따른 분산 계수가 0.8 내지 1.1의 범위 내인 액정 디스플레이 장치:
    [수식 5]
    분산 계수 = R(450)/R(550)
    수식 5에서 R(450)은 제 2 위상차층의 450 nm 파장을 기준으로 한 면내 위상차이고, R(550)은 제 2 위상차층의 550 nm 파장을 기준으로 한 면내 위상차이다.
  7. 제 1 항에 있어서, 제 2 위상차층은 중합된 수평 배향 중합성 액정 화합물을 포함하는 액정층 또는 연신 고분자 필름인 액정 디스플레이 장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서, 액정 배향층의 프리틸트 각도가 1도 이하인 액정 디스플레이 장치.
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KR100692940B1 (ko) * 2004-12-08 2007-03-12 닛토덴코 가부시키가이샤 액정 패널 및 액정 표시 장치

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