KR102682359B1 - 광학 다층 필름, 이를 포함하는 광학 부품 및 표시 장치 - Google Patents

광학 다층 필름, 이를 포함하는 광학 부품 및 표시 장치 Download PDF

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Abstract

폴리에스테르 기재층, 프라이머층 및 하드코팅층의 순차적인 적층체를 포함하는 광학 다층 필름은, 상기 기재층의 면내 위상차와 각 층별 굴절률을 조절함으로써, 무지개 얼룩과 시인성 저하를 방지하면서 기계적 물성을 높일 수 있다. 따라서, 상기 광학 다층 필름을 포함하는 광학 부품 및 표시장치는 광학 특성이 우수하고 가혹한 환경에서도 정상적으로 작동할 수 있다.

Description

광학 다층 필름, 이를 포함하는 광학 부품 및 표시 장치{OPTICAL MULTILAYER FILM, OPTICAL COMPONENT AND DISPLAY DEVICE COMPRISING SAME}
구현예들은 광학적 및 기계적 물성이 우수한 광학 다층 필름, 이를 포함하는 광학 부품 및 표시 장치에 관한 것이다.
최근 들어 액정 표시장치(liquid crystal display, LCD)에 대한 수요가 급증하면서, 이의 필수 부품이라 할 수 있는 편광판에 관한 관심도 함께 높아지고 있다. 편광판은 여러 방향으로 진동하면서 입사되는 자연광을 한쪽 방향으로만 진동하는 빛으로 편광시키는 역할을 하며, 일정한 투과광을 제공하고 투과광의 색조를 변화하기 위한 필수 부품이다.
편광판은 편광자의 일면 또는 양면에 보호 필름이 적층된 구조를 가지며, 이때 편광자로는 주로 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol, PVA) 필름이 사용된다. 또한 보호 필름으로는 주로 트리아세틸셀룰로오스(triacetyl cellulose, TAC) 필름이 많이 사용되었다.
TAC 필름은 위상차가 제어되어 광학적 등방성을 가지고, 고투광도와 무결점 표면을 갖는 장점이 있다. 그러나 TAC 필름은 열과 습도에 약하기 때문에, 고온 고습의 환경에서 장시간 사용할 경우 편광도가 저하되고, 수분 열화로 인해 가장자리의 빛이 과다 누출되는 빛샘 현상이 발생하는 등 내구성이 낮은 문제점이 있다.
한편, 액정 표시장치(LCD)는 그 기능 및 용도가 다양해짐에 따라 보다 가혹한 환경에서도 정상적으로 작동할 수 있을 것이 요구되고 있다. 이에 최근에는 일본 공개특허공보 제2011-532061호 및 제2010-118509호와 같이, TAC 필름을 폴리에스테르 소재의 필름으로 대체하려는 시도가 많이 이루어지고 있다. 특히 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름은 기계적 물성, 내약품성, 수분 차단성 등이 우수하기 때문에 이러한 요구를 만족할 수 있다.
일본 공개특허공보 제2011-532061호 일본 공개특허공보 제2010-118509호
폴리에틸렌테레프탈레이트와 같은 폴리에스테르 필름은 복굴절이 굉장히 크기 때문에, 편광자와 액정 사이에서 편광 상태에 왜곡을 일으키고, 이에 따라 시인성이 현저하게 저하되는 문제가 있다. 보호 필름의 표면에 무지개 얼룩이 발생하는 것이 그 대표적인 예라 할 수 있다. 최근 액정 표시장치의 고휘도화 및 고색 순도화에 따라 위와 같은 무지개 얼룩이 더 쉽게 눈에 띄기 때문에, 폴리에틸렌테레프탈레이트와 같은 폴리에스테르 필름을 보호 필름으로 적용하는 데 큰 장애가 되고 있다.
이하에서 제시되는 구현예들은 위와 같은 문제점 및 한계를 해소하기 위한 것으로 다음과 같은 목적이 있다. 먼저, 구현예는 무지개 얼룩이 생기지 않아 시인성을 저해하지 않으면서도 결정화도, 인장강도, 연필경도 등의 기계적 물성이 좋은 광학 다층 필름, 이의 제조방법, 이를 포함하는 광학 부품 및 표시 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
일 구현예에 따르면, 기재층, 프라이머층 및 하드코팅층의 순차적인 적층체를 포함하고, 상기 기재층은 폴리에스테르 수지를 포함하고, 상기 기재층의 최소 면내 위상차(Romin)가 150 nm 이하이고, 상기 기재층의 폭 방향의 변위에 대한 면내 위상차의 변화량(|ΔRo|/|Δx|)이 550 nm/3 m 미만이며, 상기 기재층, 프라이머층 및 하드코팅층의 굴절률들을 각각 n1, n2 및 n3이라 할 때 하기 식 (1) 내지 (4)를 만족하는, 광학 다층 필름이 제공된다:
n3 < n2 < n1 (1)
0.10 ≤ n1-n3 ≤ 0.15 (2)
0 ≤ n1-n2 ≤ 0.10 (3)
0 ≤ n2-n3 ≤ 0.10 (4).
다른 구현예에 따르면, (1) 폴리에스테르 수지를 압출하여 미연신 시트를 얻는 단계; (2) 상기 미연신 시트를 70℃ 내지 90℃에서 예열한 뒤 2.0 내지 5.0의 길이 방향 연신비(R1) 및 2.0 내지 5.0의 폭 방향 연신비(R2)로 연신하는 단계; (3) 상기 연신된 시트를 150℃ 내지 250℃에서 열고정하여 기재층을 제조하는 단계; 및 (4) 상기 기재층 상에 프라이머층 및 하드코팅층을 순차적으로 적층하는 단계를 포함하는, 상기 광학 다층 필름의 제조방법이 제공된다.
또 다른 구현예에 따르면, 편광자 및 상기 편광자의 적어도 일 면 상에 배치되는 상기 광학 다층 필름을 포함하는 광학 부품이 제공된다.
또 다른 구현예에 따르면, 표시 패널 및 상기 표시 패널의 상면 및 하면 중 적어도 일 면 상에 배치되는 상기 광학 부품을 포함하는 표시장치가 제공된다.
상기 구현예에 따른 광학 다층 필름 및 이를 포함하는 광학 부품은 무지개 얼룩이 생기지 않아 시인성을 해하지 않고, 인장강도, 연필경도 등의 기계적 물성이 우수하여 내구성이 좋다. 따라서 구현예에 따른 광학 부품을 구비한 표시장치는 광학 특성이 우수하고, 가혹한 환경에서도 정상적으로 작동할 수 있기 때문에 다양한 용도로 사용할 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 광학 다층 필름의 단면도를 나타낸 것이다.
도 2는 필름의 폭 방향으로의 변위 및 폭 중심을 설명하기 위한 도식이다.
도 3a 및 3b는 실시예 1의 필름의 기재층에 대한 유효폭 전체에서의 면내 위상차(Ro)와 두께 방향 위상차(Rth)를 각각 측정한 결과이다.
도 4는 일 구현예에 따른 편광판의 단면도를 나타낸 것이다.
도 5은 일 구현예에 따른 액정 표시장치의 단면도를 나타낸 것이다.
도 6은 일 구현예에 따른 유기전계발광 표시장치의 단면도를 나타낸 것이다.
도 7은 액정 표시장치의 백라이트 유닛에 적용되는 다양한 광원의 스펙트럼을 예시한 것이다.
이하 구현예에서 설명되는 각 필름, 패널, 또는 층 등이 각 필름, 패널, 또는 층 등의 "상(on)" 또는 "하(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "하(under)"는 직접(directly) 또는 다른 구성요소를 개재하여 간접적으로(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.
또한 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에 기재된 구성성분의 물성 값, 치수 등을 나타내는 모든 수치 범위는 특별한 기재가 없는 한 모든 경우에 "약"이라는 용어로 수식되는 것으로 이해하여야 한다.
광학 다층 필름
도 1은 일 구현예에 따른 광학 다층 필름의 단면도를 나타낸 것이다.
도 1을 참조하여, 일 구현예에 따른 광학 다층 필름(12)은, 기재층(12a), 프라이머층(12b) 및 하드코팅층(12b)의 순차적인 적층체를 포함하고, 상기 기재층은 폴리에스테르 수지를 포함하고, 상기 기재층의 최소 면내 위상차(Romin)가 150 nm 이하이고, 상기 기재층의 폭 방향의 변위에 대한 면내 위상차의 변화량(|ΔRo|/|Δx|)이 550 nm/3 m 미만이며, 상기 기재층, 프라이머층 및 하드코팅층의 굴절률들을 각각 n1, n2 및 n3이라 할 때 하기 식 (1) 내지 (4)를 만족한다:
n3 < n2 < n1 (1)
0.10 ≤ n1-n3 ≤ 0.15 (2)
0 ≤ n1-n2 ≤ 0.10 (3)
0 ≤ n2-n3 ≤ 0.10 (4).
기재층의 위상차
상기 기재층은 면내 위상차(Ro)가 500 nm 이하, 400 nm 이하, 300 nm 이하, 또는 200 nm 이하일 수 있다. 특히, 상기 기재층은 최소 면내 위상차(Romin)가 150 nm 이하이다. 구체적으로, 상기 기재층의 최소 면내 위상차는 120 nm 이하, 100 nm 이하, 85 nm 이하, 75 nm 이하, 또는 65 nm 이하일 수 있다. 상기 범위 내일 때, 무지개 얼룩의 발생을 최소한으로 줄일 수 있다.
한편 상기 기재층의 면내 위상차의 하한값은 0 nm일 수 있고, 또는 광학 특성과 기계적 물성의 균형을 위해 상기 면내 위상차(Ro)의 하한값을 10 nm 이상, 30 nm 이상, 또는 50 nm 이상으로 할 수 있다.
또한, 상기 기재층은 두께 방향 위상차(Rth)가 5,000 nm 이상 또는 5,500 nm 이상일 수 있다.
특히, 상기 기재층은 최대 두께 방향 위상차(Rthmax)가 6,000 nm 이상, 예를 들어, 6,500 nm 이상, 예를 들어, 7,500nm 이상, 예를 들어, 8,000 nm 이상, 예를 들어, 8,500 nm 이상일 수 있다.
상기 두께 방향 위상차는 두께 40 ㎛ 내지 50 ㎛ 기준으로 한 측정값일 수 있다. 상기 범위 내일 때 분자의 배향도가 커서 결정화가 촉진되어 기계적 물성 면에서 바람직하다. 또한 두께 방향 위상차(Rth)가 클수록 면내 위상차(Ro)에 대한 두께 방향 위상차(Rth)의 비(Rth/Ro)가 커지기 때문에 무지개 얼룩을 효과적으로 억제할 수 있다.
한편, 상기 광학 다층 필름에서 무지개 얼룩을 없애기 위한 두께 한계 및 비용을 고려하여, 상기 두께 방향 위상차(Rth)의 상한값을 16,000 nm 이하, 15,000 nm 이하, 또는 14,000 nm 이하로 할 수 있다.
상기 면내 위상차(in-plane retardation, Ro)는, 필름의 평면 내의 직교하는 이축(도 2 참조)의 굴절률의 이방성(△Nxy＝｜Nx-Ny｜)과 필름 두께 d(nm)의 곱(△Nxy×d)으로 정의되는 파라미터로서, 광학적 등방성 또는 이방성을 나타내는 척도이다. 또한, 상기 최소 면내 위상차(Romin)는 필름의 평면 내의 복수 지점에서 면내 위상차(Ro)를 각각 측정하였을 때, 가장 낮게 측정된 값을 의미한다.
또한 두께 방향 위상차(thickness direction retardation, Rth)란, 필름 두께 방향의 단면에서 봤을 때의 2개의 복굴절인 △Nxz(＝｜Nx-Nz｜) 및 △Nyz(＝｜Ny-Nz｜)에 각각 필름 두께 d를 곱하여 얻어지는 위상차의 평균으로 정의되는 파라미터이다. 또한, 상기 최대 두께 방향 위상차(Rthmax)는 필름의 평면 내의 복수 지점에서 두께 방향 위상차(Rth)를 각각 측정하였을 때, 가장 높게 측정된 값을 의미한다.
일 구현예에 따른 필름 제조 공정에 의하면, 필름의 폭 중심에서 최소 면내 위상차 및 최대 두께 방향 위상차가 나타날 수 있다. 따라서, 필름의 최소 면내 위상차 및 최대 두께 방향 위상차는 필름의 폭 중심에서 측정한 값일 수 있다. 본 명세서에서 '폭 중심'은 도 2에 도시된 바와 같이 폭 방향(TD) 및 길이 방향(MD)으로 연신한 뒤의 필름이 갖는 폭의 중간 지점(A, B)으로 정의될 수 있다. 상기 필름에는 하나의 폭 중심만이 존재하는 것이 아니고, 측정 지점에 따라 무한대로 설정할 수 있다. 한편, 제조 이후 다양한 형태로 재단된 최종 필름의 폭 중심은, 최초 필름(재단 이전의 필름)의 폭 중심과 일치하지 않을 수 있고, 이러한 경우에는 필름의 폭 중심에서 최소 면내 위상차 및 최대 두께 방향 위상차가 나타나지 않을 수 있다.
또한, 필름을 대화면 용도의 광학 부품에 적용할 때 유효폭 내에서 면내 위상차의 편차(즉 최대값과 최소값의 차이)가 적은 것이 좋다. 여기서 유효폭이란, 도 2에 도시된 바와 같이, 폭 중심(A)에서 폭 방향(x축)을 따라 양 끝단을 향해 일정 거리 이동한 지점(A', A'') 사이의 거리를 말하며, 예를 들어 폭 중심으로부터 ±1,500 mm, 즉 약 3,000 mm로 정의될 수 있다. 한편, 앞서 설명한 바와 같이, 제조 이후 다양한 형태로 재단된 최종 필름의 폭 중심은, 최초 필름(재단 이전의 필름)의 폭 중심과 일치하지 않을 수 있다. 이러한 경우, 유효폭은 필름에서 최소 면내 위상차가 나타나는 지점으로부터 폭 방향을 따라 양 끝단을 향해 일정 거리 이동한 지점 사이의 거리를 말할 수 있다.
상기 기재층은 유효폭 내의 면내 위상차의 편차가 적다. 구체적으로, 상기 기재층은 폭 방향 변위에 대한 면내 위상차의 변화량(|ΔRo|/|Δx|)이 550 nm/3 m 미만이다. 구체적으로, 상기 기재층의 |ΔRo|/|Δx| 값은 450 nm/3 m 미만, 350 nm/ 3 m 미만, 300 nm/3 m 미만, 또는 270 nm/3 m 미만일 수 있다. 여기서 폭 방향의 변위(Δx)는 폭 방향(x축) 상의 일정 지점간의 거리(x2-x1)를 의미하고, 면내 위상차의 변화량(ΔRo)은 상기 각 일정 지점에서의 면내 위상차의 차이(Ro2-Ro1)를 의미한다. 상기 범위 내일 때, 필름의 폭이 넓어지더라도 면내 위상차(Ro)가 크게 증가하지 않기 때문에 무지개 얼룩이 생기는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한 상기 기재층은 유효폭 내의 두께 방향 위상차의 편차가 적다. 구체적으로, 상기 기재층은 폭 방향의 변위에 대한 두께 방향 위상차의 변화량(|ΔRth|/|Δx|)이 1000 nm/3 m 미만, 700 nm/3 m 미만, 또는 500 nm/3 m 미만일 수 있다. 여기서 폭 방향의 변위(Δx)는 폭 방향(x축) 상의 일정 지점간의 거리(x2-x1)를 의미하고, 면내 위상차의 변화량(ΔRth)은 상기 각 일정 지점에서의 면내 위상차의 차이(Rth2-Rth1)를 의미한다.
또한, 상기 기재층은 면내 위상차(Ro)에 대한 두께 방향 위상차(Rth)의 비(Rth/Ro)가 10 이상, 15 이상 또는 20 이상일 수 있다. 면내 위상차(Ro)는 작을수록, 두께 방향 위상차(Rth)는 클수록 무지개 얼룩이 생기는 것을 방지하는데 유리하므로 양 수치의 비(Rth/Ro)는 크게 유지되는 것이 바람직하다.
특히, 상기 기재층은 최소 면내 위상차(Romin)에 대한 최대 두께 방향 위상차(Rthmax)의 비(Rthmax/Romin)가 30 이상, 40 이상, 50 이상, 또는 60 이상일 수 있다.
광학 다층 필름의 위상차
한편, 상기 기재층, 상기 프라이머층 및 상기 하드코팅층이 적층된 광학 다층 필름은, 상기 기재층과 동일한 위상차를 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 광학 다층 필름의 면내 위상차(Ro), 두께 방향 위상차(Rth), 최소 면내 위상차(Romin), 최대 두께 방향 위상차(Rthmax), 이들간의 비, 폭 방향 변위에 대한 면내 위상차의 변화량(|ΔRo|/|Δx|) 및 폭 방향의 변위에 대한 두께 방향 위상차의 변화량(|ΔRth|/|Δx|)은, 모두 상기 기재층의 해당 물성값과 동일할 수 있다.
예를 들어, 상기 광학 다층 필름의 최소 면내 위상차(Romin)가 150 nm 이하이고, 상기 광학 다층 필름의 폭 방향의 변위에 대한 면내 위상차의 변화량(|ΔRo|/|Δx|)이 550 nm/3 m 미만일 수 있다.
특히 상기 기재층, 프라이머층, 하드코팅층, 제1 굴절층 및 제2 굴절층의 굴절률과 두께의 상관 관계를 전술한 바와 같이 설계함으로써 광학 다층 필름의 위상차를 더욱 향상시킬 수 있다. 이에 따라 상기 광학 다층 필름이 표시장치에 적용되어 우수한 광학적 물성을 구현할 수 있다.
층별 굴절률 및 두께
상기 구현예에 따르면, 상기 기재층, 프라이머층 및 하드코팅층의 굴절률들을 각각 n1, n2 및 n3이라 할 때 앞서 언급한 식 (1) 내지 (4)를 만족한다.
이때, 상기 기재층의 굴절률(n1)은 1.61 내지 1.69 범위일 수 있다. 또는, 상기 기재층의 굴절률(n1)은 1.63 내지 1.68 범위, 또는 1.63 내지 1.66 범위일 수 있다.
상기 프라이머층의 굴절률(n2)은 1.50 내지 1.70 범위일 수 있다. 또는, 상기 프라이머층의 굴절률(n2)은 1.53 내지 1.63 범위, 1.53 내지 1.58 범위, 또는 1.58 내지 1.63 범위일 수 있다.
바람직한 일례로서, 상기 기재층이 1.63 내지 1.68의 굴절률(n1)을 갖고, 상기 프라이머층이 1.53 내지 1.63의 굴절률(n2)을 가질 수 있다.
상기 하드코팅층의 굴절률(n3)은 1.40 내지 1.70 범위일 수 있다. 또는, 상기 하드코팅층의 굴절률(n3)은 1.45 내지 1.60 범위, 또는 1.50 내지 1.53 범위일 수 있다.
상기 기재층은 10 ㎛ 내지 100 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 또는, 상기 기재층의 두께는 20 ㎛ 내지 60 ㎛ 또는 40 ㎛ 내지 60 ㎛일 수 있다.
상기 프라이머층은 10 nm 내지 200 nm의 두께를 가질 수 있다. 또는, 상기 프라이머층의 두께는 50 nm 내지 120 nm, 80 nm 내지 95 nm, 80 nm 내지 90 nm 또는 80 nm 내지 85 nm일 수 있다.
상기 하드코팅층은 0.5 ㎛ 내지 100 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 또는, 상기 하드코팅층의 두께는 1 ㎛ 내지 10 ㎛, 1 ㎛ 내지 8 ㎛, 1 ㎛ 내지 5 ㎛, 또는 1.5 ㎛ 내지 3.5 ㎛일 수 있다.
구체적인 일례에 따르면, 상기 기재층이 1.63 내지 1.68의 굴절률(n1) 및 20 ㎛ 내지 60 ㎛의 두께를 갖고, 상기 프라이머층이 1.53 내지 1.63의 굴절률(n2) 및 50 nm 내지 120 nm의 두께를 갖고, 상기 하드코팅층이 1.50 내지 1.53의 굴절률(n3) 및 1 ㎛ 내지 5 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 상기 범위 내일 때, 표시장치용 광학 부품 등에 적용시 무지개 얼룩 등이 생기지 않아 시인성이 향상될 수 있다.
이하 각 층별로 보다 구체적으로 설명한다.
기재층
상기 기재층은 폴리에스테르 수지를 포함한다.
상기 폴리에스테르 수지는 디카르복실산과 디올이 중축합된 단일중합체 수지 또는 공중합체 수지일 수 있다. 또한, 상기 폴리에스테르 수지는 상기 단일중합체 수지 또는 공중합체 수지가 혼합된 블렌드 수지일 수 있다.
상기 디카르복실산의 예로는 테레프탈산, 이소프탈산, 오르토프탈산, 2,5-나프탈렌디카르복실산, 2,6-나프탈렌디카르복실산, 1,4-나프탈렌디카르복실산, 1,5-나프탈렌디카르복실산, 디페닐카르복실산, 디페녹시에탄디카르복실산, 디페닐설폰디카르복실산, 안트라센디카르복실산, 1,3-사이클로펜탄디카르복실산, 1,3-사이클로헥산디카르복실산, 1,4-사이클로헥산디카르복실산, 헥사하이드로테레프탈산, 헥사하이드로이소프탈산, 말론산, 디메틸말론산, 석신산, 3,3-디에틸석신산, 글루타르산, 2,2-디메틸글루타르산, 아디프산, 2-메틸아디프산, 트리메틸아디프산, 피멜산, 아젤라인산, 세바스산, 수베르산, 도데카디카르복실산 등이 있다.
또한, 상기 디올의 예로는 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 헥사메틸렌글리콜, 네오펜틸글리콜, 1,2-사이클로헥산디메탄올, 1,4-사이클로헥산디메탄올, 데카메틸렌글리콜, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 2,2-비스(4-하이드록시페닐)프로판, 비스(4-하이드록시페닐)설폰 등이 있다.
바람직하게는, 상기 폴리에스테르 수지는 결정성이 우수한 방향족 폴리에스테르 수지일 수 있고, 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지를 주성분으로 할 수 있다.
일례로서, 상기 기재층은 PET 수지를 약 85 중량% 이상 포함할 수 있고, 보다 구체적으로 90 중량% 이상, 95 중량% 이상, 또는 99 중량% 이상 포함할 수 있다. 다른 예로서, 상기 기재층은 PET 수지 이외에 다른 폴리에스테르 수지를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 기재층은 약 15 중량% 이하의 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 수지를 더 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 기재층은 약 0.1 중량% 내지 10 중량%, 또는 약 0.1 중량% 내지 5 중량%의 PEN 수지를 더 포함할 수 있다.
상기 기재층은 연신된 필름인 것이 결정성이 높아 기계적 물성이 우수한 점에서 바람직하다. 구체적으로, 상기 기재층은 2축으로 연신된 폴리에스테르 필름일 수 있으며, 예를 들어 길이 방향(MD) 및 폭 방향(TD)에 대해 각각 2.0 내지 5.0의 연신비로 연신된 필름일 수 있다.
또한 상기 기재층은 폴리에스테르를 주성분으로 함으로써, 가열, 연신 등을 거치는 제조 과정에서 결정화도가 상승하고, 인장강도 등의 기계적 물성이 향상될 수 있다.
예를 들어, 상기 기재층은 결정화도가 35% 내지 55%일 수 있다. 상기 범위 내일 때 인장강도 등의 기계적 물성이 우수하면서도 과도한 결정화가 방지될 수 있다. 또한, 상기 기재층은 연필경도가 5B 이상인 것이 바람직하다. 상기 범위 내일 때 외부로부터 편광자를 보호하는데 무리가 없을 수 있다.
또한, 상기 기재층은 고온(예: 85℃)에서의 인장탄성율(tensile modulus)이 3.0 Gpa 이상 또는 3.5 Gpa 이상인 것이 바람직하다. 상기 범위 내일 때, 기재층을 포함하는 광학 다층 필름을 광학 부품에 도입한 뒤 고온에서 열처리 시에 광학 부품이 휨(curl)을 방지하는데 유리하다. 보다 자세하게는, 편광자로 사용되는 폴리비닐알콜(PVA)은 수축율이 높아 상기 열처리 과정에서 쉽게 휘어지는데, 이를 억제하지 못하면 기재층이 우그러져 물결무늬가 생길 수 있고, 이에 따라 반짝이 현상에 의해 시인성이 현저히 떨어질 수 있다. 따라서 상기 기재층의 고온에서의 인장탄성율이 높은 것이 편광자의 휨을 막는데 유리하고, 이에 따라 물결무늬, 반짝이 현상, 기재층과 편광자 간의 박리, 크랙(crack) 등을 미연에 방지할 수 있다.
프라이머층
상기 기재층 상에 프라이머층이 형성된다. 상기 프라이머층은 상기 기재층과 상기 하드코팅층 사이의 밀착성을 향상시키는 역할을 한다.
상기 프라이머층은 열경화성 수지를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 프라이머층은 폴리우레탄계 수지, 폴리에스테르계 수지, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
구체적으로, 상기 프라이머층은 폴리우레탄계 수지 및 폴리에스테르계 수지 중 어느 하나를 50 중량% 이상 포함할 수 있다.
하드코팅층
상기 프라이머층 상에 하드코팅층이 형성된다. 상기 하드코팅층은 광학 다층 필름의 표면의 경도를 향상시키는 역할을 한다.
상기 하드코팅층은 광경화성 수지를 포함할 수 있다.
상기 광경화성 수지로는 예를 들어 아크릴레이트계의 관능기를 갖는 화합물 등의 하나 또는 둘 이상의 불포화 결합을 갖는 화합물을 들 수 있다. 하나의 불포화 결합을 갖는 화합물로는, 예를 들어 에틸 (메트)아크릴레이트, 에틸헥실 (메트)아크릴레이트, 스티렌, 메틸스티렌, N-비닐피롤리돈 등을 들 수 있다. 둘 이상의 불포화 결합을 갖는 화합물로는, 예를 들어 폴리메틸올프로판 트리(메트)아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 디에틸렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 헥사(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 펜타(메트)아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디(메트)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜 디(메트)아크릴레이트, 상기 다관능 화합물을 에틸렌옥시드(EO)로 변성한 화합물, 상기 다관능 화합물과 (메트)아크릴레이트의 반응 생성물(예를 들어 다가 알코올의 폴리 (메트)아크릴레이트 에스테르) 등을 들 수 있다. 본 명세서에서 "(메트)아크릴레이트"는, 메타크릴레이트 및 아크릴레이트를 의미한다.
또한 상기 광경화성 수지로서, 불포화 이중 결합을 갖는 비교적 저분자량(예: 수평균분자량 300 g/mol 내지 80000 g/mol, 바람직하게는 400 g/mol 내지 5000 g/mol)의 폴리에스테르 수지, 폴리에테르 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 알키드 수지, 스피로아세탈 수지, 폴리부타디엔 수지, 폴리티올폴리엔 수지 등도 사용될 수 있다.
바람직하게는, 상기 광경화성 수지로서 셋 이상의 불포화 결합을 갖는 화합물을 사용할 수 있다. 이러한 화합물을 사용하면 형성된 하드코팅층의 가교 밀도와 경도를 향상시킬 할 수 있다. 구체적으로는, 상기 광경화성 수지로서 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트, 폴리에스테르 다관능 아크릴레이트 올리고머(3~15관능), 우레탄 다관능 아크릴레이트 올리고머(3~15관능) 등을 적절히 조합하여 사용하는 것이 바람직하다.
상기 광경화성 수지는 용제 건조형 수지와 병용하여 사용될 수도 있다. 용제 건조형 수지를 병용함으로써, 도포면의 피막 결함을 유효하게 방지할 수 있다. 상기 용제 건조형 수지란, 도포 시공시에 고형분을 조정하기 위하여 첨가한 용제를 건조시키는 것만으로 피막이 되는 수지를 의미한다.
상기 용제 건조형 수지로는 일반적으로 열가소성 수지를 들 수 있다. 상기 열가소성 수지의 예로는 스티렌계 수지, (메트)아크릴계 수지, 아세트산 비닐계 수지, 비닐에테르계 수지, 할로겐 함유 수지, 지환식 올레핀계 수지, 폴리카르보네이트계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리아미드계 수지, 셀룰로오스 유도체, 실리콘계 수지 및 고무 또는 엘라스토머 등을 들 수 있다. 상기 열가소성 수지는 비결정성이면서 유기 용매에 가용성인 것이 바람직하다. 특히, 제막성, 투명성 및 내후성의 관점에서, 스티렌계 수지, (메트)아크릴계 수지, 지환식 올레핀계 수지, 폴리에스테르계 수지, 셀룰로오스 유도체 등이 바람직하다.
또한, 상기 하드코팅층용 조성물은 열경화성 수지를 포함할 수 있다. 상기 열경화성 수지의 예로는 페놀 수지, 요소 수지, 디알릴프탈레이트 수지, 멜라민 수지, 구아나민 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지, 아미노 알키드 수지, 멜라민-요소 공축합 수지, 규소 수지, 폴리실록산 수지 등을 들 수 있다.
구체적인 일례에 따르면, 상기 프라이머층이 열경화성 폴리우레탄계 수지를 포함하고, 상기 하드코팅층이 광경화성 아크릴레이트계 수지를 포함할 수 있다.
광학 다층 필름의 제조방법
상기 광학 다층 필름의 제조방법은 (1) 폴리에스테르 수지를 압출하여 미연신 시트를 얻는 단계; (2) 상기 미연신 시트를 70℃ 내지 90℃에서 예열한 뒤 2.0 내지 5.0의 길이 방향 연신비(R1) 및 2.0 내지 5.0의 폭 방향 연신비(R2)로 연신하는 단계; (3) 상기 연신된 시트를 150℃ 내지 250℃에서 열고정하여 기재층을 제조하는 단계; 및 (4) 상기 기재층 상에 프라이머층 및 하드코팅층을 순차적으로 적층하는 단계를 포함한다.
기재층의 제조
상기 제조방법에서 기재층은 원료 수지를 압출하고 예열, 연신 및 열고정을 거쳐 제조된다.
이때 상기 기재층의 원료로 사용되는 폴리에스테르 수지의 조성은 앞서 예시한 바와 같다.
또한 상기 압출은 230℃ 내지 300℃, 또는 250℃ 내지 280℃의 온도 조건에서 수행될 수 있다.
상기 기재층은 연신하기 전 일정 온도에서 예열된다. 상기 예열 온도의 범위는 상기 폴리에스테르 수지의 유리전이온도(Tg)를 기준으로 Tg+5℃ 내지 Tg+50℃ 범위를 만족하고, 이와 동시에, 70℃ 내지 90℃의 범위를 만족하는 범위로 결정될 수 있다. 상기 범위 내일 때, 상기 기재층이 연신되기에 용이한 유연성을 확보함과 동시에, 연신 중에 파단되는 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.
상기 연신은 이축 연신으로 수행되며, 예를 들어 동시 이축연신법 또는 축차 이축연신법을 통해 폭 방향(텐터방향, TD) 및 길이 방향(기계방향, MD)의 2축으로 연신될 수 있다. 바람직하게는 먼저 한 방향으로 연신한 다음 그 방향의 직각 방향으로 연신하는 축차 이축연신법이 수행될 수 있다.
상기 길이 방향 연신비(R1)는 2.0 내지 5.0 범위이며, 보다 구체적으로 2.8 내지 3.5 범위일 수 있다. 또한 상기 폭 방향 연신비(R2)는 2.0 내지 5.0 범위이며, 보다 구체적으로 2.9 내지 3.7 범위일 수 있다. 바람직하게는 길이 방향 연신비(R1)와 폭 방향 연신비(R2)는 유사하며, 구체적으로 상기 폭 방향의 연신비에 대한 길이 방향의 연신비의 비율(R1/R2)이 0.9 내지 1.1, 또는 0.9 내지 1.0일 수 있다.
상기 연신비(R1, R2)는 연신 전의 길이를 1.0으로 했을 때, 연신 후의 길이를 나타내는 비이다.
또한 상기 연신의 속도는 6.5 m/min 내지 8.5 m/min일 수 있으나 특별히 한정되지 않는다.
상기 연신된 시트는 150℃ 내지 250℃, 보다 구체적으로 160℃ 내지 230℃에서 열고정된다. 상기 열고정은 5초 내지 1분 동안 수행될 수 있고, 보다 구체적으로, 10초 내지 45초 동안 수행될 수 있다.
열고정을 시작한 후에 필름은 길이 방향 및/또는 폭 방향으로 이완될 수 있으며, 이때의 온도 범위는 150℃ 내지 250℃일 수 있다.
프라이머층의 형성
상기 기재층 상에 프라이머층이 형성된다.
상기 프라이머층은 열경화성 수지를 포함하는 코팅 조성물로부터 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 코팅 조성물은 폴리에스테르계 수지, 폴리우레탄계 수지, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 코팅 조성물은 폴리에스테르계 수지 및 폴리우레탄계 수지 중 어느 하나를 50 중량% 이상 포함할 수 있다. 또한 상기 코팅 조성물은 이들 수지를 포함하는 수용액 또는 수분산액일 수 있다.
상기 프라이머층은, 원료 수지와 필요에 따라 광중합 개시제 및 기타 첨가제를 용매 중에 혼합 분산시킨 조성물을 사용하여 형성될 수 있다.
이때의 혼합 분산에는 페인트 셰이커, 비즈 밀, 니이더 등의 공지된 장치를 사용될 수 있다.
상기 용매로는 물이 바람직하게 사용될 수 있고, 그에 따라 상기 프라이머층용 조성물이 수용액, 수분산액 또는 유화액 등의 수성 도액의 형태로 제조될 수 있다. 또한, 약간의 유기 용매를 사용할 수도 있다.
상기 유기 용매로는, 예를 들어 알코올(예를 들면, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, n-부탄올, s-부탄올, t-부탄올, 벤질 알코올, 프로필렌글리콜메틸에테르, 에틸렌글리콜), 케톤(예를 들면, 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 시클로펜타논, 시클로헥사논, 헵타논, 디이소부틸케톤, 디에틸케톤), 지방족 탄화수소(예를 들면, 헥산, 시클로헥산), 할로겐화 탄화수소(예를 들면, 메틸렌 클로라이드, 클로로포름, 사염화탄소), 방향족 탄화수소(예를 들면, 벤젠, 톨루엔, 크실렌), 아미드(예를 들면, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, n-메틸피롤리돈), 에테르(예를 들면, 디에틸에테르, 디옥산, 테트라히드로푸란), 에테르 알코올(예를 들면, 1-메톡시-2-프로판올), 에스테르(예를 들면, 아세트산 메틸, 아세트산 에틸, 아세트산 부틸, 아세트산 이소프로필) 등을 들 수 있다.
상기 기타 첨가제로는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 레벨링제, 유기 또는 무기 미립자, 광중합 개시제, 열중합 개시제, 가교제, 경화제, 중합 촉진제, 점도 조정제, 대전 방지제, 산화 방지제, 방오제, 슬립제, 굴절률 조정제, 분산제 등을 들 수 있다.
상기 프라이머층용 조성물은, 조성물 내 고형분 함량이 3 중량% 내지 20 중량%, 또는 4 중량% 내지 10 중량%인 것이 바람직하다. 상기 범위 내일 때, 잔류 용제가 남거나 백화가 발생하는 문제를 줄일 수 있고, 또한 점도 상승을 방지하여 도포 시공성이 우수하여 두께 조절이 용이하고 표면에 얼룩이나 줄무늬가 생기는 현상을 방지할 수 있다.
상기 프라이머층용 조성물의 상기 기재층에 대한 도포의 시점은 특별히 한정되지 않는데, 바람직하게는 기재층의 제조 과정에 실시할 수 있고, 보다 구체적으로 기재층의 폴리에스테르 수지의 배향 결정화가 완료하기 전에 도포할 수 있다.
상기 프라이머층용 조성물의 도포 후에는 연신 및 열 고정을 실시하는 것이 바람직하다.
상기 프라이머층용 조성물을 기재층에 도포할 때에는, 도포성을 향상시키기 위한 예비 처리로서 기재층 표면에 코로나 표면 처리, 화염 처리, 플라즈마 처리 등의 물리 처리를 실시하거나, 또는 프라이머층용 조성물과 함께 화학적으로 불활성인 계면 활성제를 병용할 수 있다.
상기 프라이머층용 조성물의 도포 방법으로는, 공지된 임의의 도포 시공법을 적용할 수 있다. 예를 들어, 롤코트법, 그라비아 코트법, 롤 브러시법, 스프레이 코트법, 에어 나이프 코팅법, 함침법, 커튼 코트법 등을 단독 또는 조합하여 사용할 수 있다. 또한, 프라이머층은 필요에 따라 폴리에스테르 기재의 편면에만 형성해도 되고, 양면에 형성해도 된다.
또한 상기 프라이머층에는 광학 다층 필름의 물성을 저하시키지 않는 범위에서 비누화 처리, 플라즈마 처리, 코로나 처리, 자외선 처리 등의 표면 처리가 수행될 수 있다.
하드코팅층의 형성
다음으로, 상기 프라이머층 상에 하드코팅층이 형성된다.
상기 하드코팅층은, 원료 수지와 필요에 따라 광중합 개시제 및 기타 첨가제를 용매 중에 혼합 분산시킨 조성물을 사용하여 형성될 수 있다.
상기 하드코팅층의 형성에 사용되는 원료 수지는 광경화성 수지, 열경화성 수지 등이며, 이의 구체적인 종류는 앞서 예시한 바와 같다.
상기 광중합 개시제로는 특별히 한정되지 않고 공지된 것을 사용할 수 있으며, 예를 들어 아세토페논류, 벤조페논류, 메틸벤조일벤조에이트, α-아밀옥심에스테르, 티오크산톤류, 프로피오페논류, 벤질류, 벤조인류, 아실포스핀 옥시드류를 들 수 있다. 구체적으로, 상기 광경화성 수지가 라디칼 중합성 불포화기를 갖는 경우에는, 광중합 개시제로서 아세토페논류, 벤조페논류, 티오크산톤류, 벤조인, 벤조인 메틸에테르 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 광경화성 수지가 양이온 중합성 관능기를 갖는 경우에는, 광중합 개시제로서 방향족 디아조늄염, 방향족 술포늄염, 방향족 요오도늄염, 메탈로센 화합물, 벤조인술폰산 에스테르 등을 사용할 수 있다. 상기 하드코팅층용 조성물에서 광중합 개시제의 함유량은, 상기 광경화성 수지 100 중량부에 대하여 1 중량부 내지 10 중량부 또는 2 중량부 내지 8 중량부인 것이 바람직하다. 상기 범위 내일 때 광학 다층 필름의 표면 경도가 우수하면서 광조사에 따른 내부 경화가 효과적으로 일어나는데 유리하다.
상기 하드코팅층용 조성물은 용제를 함유할 수 있다. 상기 용제는 원료 수지 성분의 종류 및 용해성에 따라서 선택될 수 있으며, 예를 들어 케톤류(아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 시클로헥사논, 디아세톤 알코올 등), 에테르류(디옥산, 테트라히드로푸란, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르 아세테이트 등), 지방족 탄화수소류(헥산 등), 지환식 탄화수소류(시클로헥산 등), 방향족 탄화수소류(톨루엔, 크실렌 등), 할로겐화 탄소류(디클로로메탄, 디클로로에탄 등), 에스테르류(아세트산 메틸, 아세트산 에틸, 아세트산 부틸 등), 물, 알코올류(에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 시클로헥산올 등), 셀로솔브류(메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브 등), 셀로솔브아세테이트류, 술폭시드류(디메틸술폭시드 등), 아미드류(디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드 등) 등이 가능하고, 이것들의 혼합 용매이어도 된다. 이들 중에서, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 시클로헥사논 등의 케톤계 용매가 수지와의 상용성과 도포 시공성의 향상 면에서 바람직하다.
상기 하드코팅층용 조성물의 고형분 함량은 특별히 한정되지 않지만 5 중량% 내지 70 중량% 또는 25 중량% 내지 60 중량%인 것이 바람직하다.
또한, 상기 하드코팅층용 조성물은 25℃에서의 약 5 mPa·s 내지 30 mPa·s의 점도를 가질 수 있다. 상기 점도 범위 내일 때, 프라이머층 상에 코팅 시에 결함을 최소화할 수 있으며, 균일한 두께로 도포하기 용이할 수 있다.
상기 하드코팅층용 조성물에는, 원하는 기능에 따라 공지된 유기, 무기 미립자, 분산제, 계면 활성제, 대전 방지제, 실란 커플링제, 증점제, 착색 방지제, 착색제(안료, 염료), 소포제, 레벨링제, 난연제, 자외선 흡수제, 접착 부여제, 중합 금지제, 산화 방지제, 표면 개질제 등이 더 첨가될 수 있다. 이들 중 상기 대전 방지제로는 제4급 암모늄염 등의 양이온성 대전 방지제나, 주석산화인듐(ITO) 등의 미립자나, 도전성 중합체 등을 사용할 수 있다. 상기 대전 방지제는 하드코팅층용 조성물의 고형분의 중량에 대하여 1 중량% 내지 30 중량%의 양으로 사용할 수 있다.
상기 하드코팅층용 조성물의 각 성분들의 혼합은 페인트 셰이커, 비즈 밀, 니이더, 믹서 등의 공지된 장치를 사용하여 행할 수 있다.
또한, 상기 하드코팅층용 조성물의 도포 방법으로는 그라비아 코팅법, 스핀 코팅법, 침지법, 스프레이법, 다이 코팅법, 바 코팅법, 롤 코터법, 메니스커스 코터법, 플렉소 인쇄법, 스크린 인쇄법, 피드 코터법 등의 공지된 방법을 이용할 수 있다.
상기 하드코팅층용 조성물은 도포 후에 필요에 따라 가열 및/또는 건조하고, 활성 에너지선 조사 등에 의해 경화될 수 있다.
상기 활성 에너지선 조사의 예로는 자외선 조사 또는 전자선 조사를 들 수 있다. 상기 자외선 조사는 초고압 수은등, 고압 수은등, 저압 수은등, 카본 아크등, 블랙 라이트 형광등, 메탈 할라이드 램프등 등을 이용하여 수행될 수 있다. 자외선의 파장으로는 190 nm 내지 380 nm의 영역을 사용할 수 있고, 자외선 조사량은 80 mJ/cm2 이상, 100 mJ/cm2 이상, 또는 130 mJ/cm2 이상일 수 있다. 또한 상기 전자선 조사는 코크로프트 월턴형, 반더그라프트형, 공진 변압기형, 절연 코어 변압기형, 직선형, 다이나미트론형, 고주파형 등의 각종 전자선 가속기를 이용하여 수행될 수 있다.
광학 부품
상기 구현예에 따른 광학 다층 필름은 광학 부품에 적용될 수 있다.
상기 광학 부품은 상기 구현예에 따른 광학 다층 필름을 포함함으로써 낮은 반사율 및 향상된 광학적 특성을 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 광학 부품은 550nm 파장의 광에 대해 1.5% 이하의 반사율을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 광학 부품은 550nm 파장의 광에 대해 1% 이하, 0.5% 이하, 또는 0.2% 이하의 반사율을 가질 수 있고, 보다 구체적으로 0.1% 내지 1.5% 범위, 0.1% 내지 1% 범위, 0.1% 내지 0.5% 범위, 또는 0.1% 내지 0.2% 범위의 반사율을 가질 수 있다. 이에 따라 상기 광학 부품은 외부광에 의한 반사가 거의 없어 시인성이 향상될 수 있다.
상기 광학 부품은 구체적으로 편광판일 수 있다.
도 4는 일 구현예에 따른 편광판의 단면도를 도시한 것이다.
도 4를 참조하여, 일 구현예에 따른 편광판(10)은 편광자(11)와 상기 편광자의 적어도 일 면 상에 배치되는 광학 다층 필름(12)을 포함한다.
상기 편광자는 여러 방향으로 진동하면서 상기 편광판에 입사되는 자연광을 한쪽 방향으로만 진동하는 빛으로 편광시킨다. 상기 편광자는 요오드 등으로 염색된 폴리비닐알콜(PVA)층일 수 있다. 이때, 상기 PVA층에 포함된 PVA 분자는 일 방향으로 정렬될 수 있다.
표시장치
상기 구현예에 따른 광학 부품은 표시장치에 적용될 수 있다.
상기 표시장치는 표시 패널; 및 상기 표시 패널의 상면 및 하면 중 적어도 일 면 상에 배치되는 광학 부품을 포함한다.
이때 상기 광학 부품으로 앞서 설명한 구성을 갖는 광학 부품이 사용된다.
상기 표시장치는 표시 패널의 종류에 따라 액정 표시장치와 유기전계발광 표시장치 등으로 제공될 수 있다.
액정 표시장치
도 5는 일 구현예에 따른 액정 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 5를 참조하면, 일 구현예에 따른 액정 표시장치는 액정 패널(70) 및 백라이트 유닛(80)을 포함한다.
상기 백라이트 유닛은 상기 액정 패널에 광을 출사한다. 상기 액정 패널은 상기 백라이트 유닛으로부터의 광을 이용하여, 영상을 표시한다.
한편, 상기 백라이트 유닛에는 발광 파장에 따라 다양한 종류의 광원이 적용될 수 있다.
도 7은 LCD의 백라이트 유닛에 적용되는 다양한 광원의 스펙트럼을 예시한 것이다. 도 7을 참조하여, 종래의 광학 필름을 적용한 액정 표시장치의 경우, 광원 1과 같이 일부 색상이 섞여 있는 광원에만 적용 가능하였다.
그러나, 최근에는 선명한 색상을 구현하기 위하여, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)이 중첩되는 영역을 최소화하고 각각의 고유한 색상을 발광하는 광원들을 사용하고 있는데, 종래의 광학 필름을 이러한 광원들에 적용할 경우 원하는 광학적 특성이 구현하는데 한계가 있었다.
이와 달리, 상기 구현예에 따른 상기 광학 다층 필름은 전술한 바와 같이 각 층이 설계됨에 따라, 광원 1과 같이 일부 색상이 섞여 있는 광원뿐만 아니라, 광원 2 또는 광원 3과 같이 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)이 중첩되는 영역이 최소화된 광원에 적용하여도 무지개 얼룩 등의 불량 없이 선명한 색상이 구현 가능할 수 있다.
예를 들어, 상기 액정 표시장치는 상기 구현예에 따른 상기 광학 다층 필름을 구비함으로써, 400nm 내지 800nm 영역에서 반치폭(FWHM, Full Width at Half Maximum)이 50nm 이하, 예를 들어, 45nm 이하, 예를 들어, 40nm 이하인 피크를 2개 이상 나타내는 광원을 백라이트 유닛에 적용하는 것이 가능하다.
상기 액정 패널(70)은 상부 편광판(10), 컬러필터 기판(71), 액정층(72), TFT (thin film transistor) 기판(73), 및 하부 편광판(10')을 포함한다.
상기 TFT 기판 및 상기 컬러필터 기판은 서로 대향된다. 상기 TFT 기판은 각각의 픽셀에 대응하는 다수 개의 화소 전극들, 상기 화소 전극들에 연결되는 박막 트랜지스터들, 상기 박막 트랜지스터들에 각각 구동 신호를 인가하는 다수 개의 게이트 배선들, 및 상기 박막 트랜지스터들을 통하여 상기 화소 전극들에 데이터 신호를 인가하는 다수 개의 데이터 배선들을 포함할 수 있다.
상기 컬러필터 기판은 각각의 픽셀들에 대응하는 다수 개의 컬러필터들을 포함한다. 상기 컬러필터들은 투과되는 광을 필터링하여, 적색, 녹색 및 청색을 각각 구현할 수 있다. 또한, 상기 컬러필터 기판은 상기 화소 전극들에 대향하는 공통 전극을 포함할 수 있다.
상기 액정층은 상기 TFT 기판 및 상기 컬러필터 기판 사이에 개재된다. 상기 액정층은 상기 TFT 기판에 의해서 구동될 수 있다. 더 구체적으로, 상기 액정층은 상기 화소 전극들 및 상기 공통 전극 사이에 형성되는 전계에 의해서 구동될 수 있다. 상기 액정층은 상기 하부 편광판을 통과한 광의 편광 방향을 조절할 수 있다. 즉, 상기 TFT 기판은 픽셀 단위로, 상기 화소 전극들 및 상기 공통 전극 사이에 인가되는 전위차를 조절할 수 있다. 이에 따라서, 상기 액정층은 픽셀 단위로 다른 광학적 특성을 가지도록 구동될 수 있다.
상기 상부 편광판 및 상기 하부 편광판 중 적어도 하나는 앞서 설명한 일 구현예에 따른 편광판과 실질적으로 동일한 구성을 가질 수 있다.
상기 하부 편광판은 상기 TFT 기판의 하부에 배치된다. 상기 하부 편광판은 상기 TFT 기판의 하부면에 접착될 수 있다.
상기 상부 편광판은 상기 컬러필터 기판의 상부에 배치된다. 상기 상부 편광판은 상기 컬러필터 기판의 상부면에 접착될 수 있다.
상기 상부 편광판 및 상기 하부 편광판의 편광 방향은 서로 동일하거나, 서로 수직할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 상부 편광판 및/또는 상기 하부 편광판은 향상된 성능을 가지는 광학 다층 필름을 포함한다. 이에 따라서, 일 구현예에 따른 액정 표시장치는 향상된 휘도, 화질 및 내구성을 가질 수 있다.
유기전계발광 표시장치
도 6은 일 구현예에 따른 유기전계발광 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 일 구현예에 따른 유기전계발광 표시장치는 전면 편광판(10) 및 유기전계발광 패널(90)을 포함한다.
상기 전면 편광판은 상기 유기전계발광 패널의 전면 상에 배치될 수 있다. 더 구체적으로, 상기 전면 편광판은 상기 유기전계발광 패널에서, 영상이 표시되는 면에 접착될 수 있다. 상기 전면 편광판은 앞서 설명한 일 구현예에 따른 편광판과 실질적으로 동일한 구성을 가질 수 있다.
상기 유기전계발광 패널(90)은 픽셀 단위의 자체 발광에 의해서, 영상을 표시한다. 상기 유기전계발광 패널(90)은 유기전계발광 기판(91) 및 구동기판(92)을 포함한다.
상기 유기전계발광 기판은 픽셀에 각각 대응되는 복수의 유기전계발광 유닛들을 포함한다. 상기 유기전계발광 유닛들은 각각 음극, 전자 수송층, 발광층, 정공 수송층 및 양극을 포함한다.
상기 구동기판은 상기 유기전계발광 기판에 구동적으로 결합된다. 즉, 상기 구동 기판은 상기 유기전계발광 기판에 구동 전류 등과 같은 구동 신호를 인가할 수 있도록 결합될 수 있다. 더 구체적으로, 상기 구동기판은 상기 유기전계발광 유닛들에 각각 전류를 인가하여, 상기 유기전계발광 기판을 구동할 수 있다.
상기 전면 편광판은 향상된 광학적 특성, 기계적 특성 및 열적 특성을 가지기 때문에, 일 구현예에 따른 유기전계발광 표시장치는 향상된 휘도, 화질 및 내구성을 가질 수 있다.
실시예
이하 실시예를 통해 보다 구체적으로 설명하나, 이들 범위로 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3: 광학 다층 필름의 제조
단계 (1) 기재층의 형성
폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지(SKC사)를 압출기로 약 280℃에서 압출하고, 캐스팅롤로 약 30℃에서 캐스팅하여 미연신 시트(sheet)를 제조하였다. 상기 미연신 시트를 하기 표 1의 온도에서 예열 후, 125℃의 온도에서 표 1과 같은 연신비로 기계방향(MD) 및 텐터방향(TD)으로 연신하였다. 이후, 연신된 시트를 하기 표 1의 온도로 약 30초 동안 열고정하여 각각의 기재층을 제조하였다.
단계 (2) 프라이머층의 형성
앞서 기재층을 형성하는 과정에서, 기계방향(MD) 연신 후 텐터방향(TD)으로 연신하기 전에, 상기 기재층 상에 프라이머층을 형성하였다. 이때, 상기 기재층 상에 열경화성 폴리우레탄계 수지 조성물을 메이어바(Mayer bar)를 이용하여 도포하고 건조하여 아래 표 2의 굴절률을 갖는 두께 85 nm의 프라이머층을 형성하였다.
단계 (3) 하드코팅층의 형성
펜타에리트리톨 트리아크릴레이트(PETA)를 메틸이소부틸케톤(MIBK) 용매에 30 중량%의 농도로 용해시키고, 광중합개시제(Irg184, BASF사)를 고형분에 대하여 5 중량% 첨가한 하드코팅층 조성물을 제조하였다. 상기 하드코팅층 조성물을 바코터에 의해 건조 후의 막 두께가 5 ㎛가 되도록 프라이머층 상에 코팅하여 도막을 형성하였다. 형성된 도막을 80℃에서 1분간 건조하여 용제를 제거하고 약 300 mJ/㎠의 자외선 조사에 의해 고정시켜, 아래 표 2의 굴절률을 갖는 두께 2.5 ㎛의 하드코팅층을 형성하였다.
구 분 기재층의 제조 공정 조건
두께(㎛) MD
연신비		 TD
연신비		 MD연신비
/TD연신비		 예열(℃) 열고정(℃)
실시예 1 40 3.3 배 3.5 배 0.94 78 180
실시예 2 40 3.1 배 3.4 배 0.91 78 230
실시예 3 50 3.1 배 3.4 배 0.91 78 230
비교예 1 30 3.1 배 3.4 배 0.91 78 230
비교예 2 50 3.2 배 4.2 배 0.76 78 230
비교예 3 80 1.2 배 4.3 배 0.28 78 210
상기 실시예 및 비교예에서 얻은 필름 샘플에 대하여 아래를 시험하였다.
시험예 1: 굴절률 및 면내 위상차
필름 샘플에 대해서 굴절률((nx+ny)/2), 면내 위상차(Ro), 두께 방향 위상차(Rth) 및 유효폭 내의 면내 위상차(|ΔRo|/|Δx|)을 측정하였다.
먼저, 2매의 편광판을 사용하여 필름 샘플의 배향축 방향을 구하고, 배향축 방향이 직교하도록 4cm x 2cm의 직사각형으로 재단하였다. 면내 위상차(Ro) 및 두께 방향 위상차(Rth)는 위상차 측정기(Axometrics사 제조, Axoscan, 측정파장 550nm)를 이용하여 폭 중심에서 측정하였다. 또한, 위상차 측정기의 기본 데이터인 필름 샘플의 굴절률은 아베 굴절률계(아타고사 제조, NAR-4T, 측정파장 589.3nm)에 의해 측정하였고, 필름의 두께 d(㎛)는 전기 마이크로미터(파인류프사 제조, 밀리트론 1245D)를 사용해서 측정하였다.
시험예 2: 편광 무라 관찰
도 4와 같이 편광자의 양면에 광학 다층 필름이 부착된 편광판을 구성하였다. 상기 편광판을 표시장치에 적용한 뒤 편광판의 정면과 경사 방향에서 무지개 얼룩 및 색감이 생기는지 육안으로 평가하였다.
○：어느 방향에서도 무지개 얼룩 및 색감이 관찰되지 않음.
△: 경사 방향에서 일부 연하게 무지개 얼룩과 색감이 관찰됨.
X：경사 방향에서 관찰했을 때에 명확하게 무지개 얼룩 및 색감이 관찰됨.
그 결과를 하기 표에 나타내었다.
구 분 굴절률 = (nx+ny)/2 굴절률 관계
기재층
(n1)		 프라이머층
(n2)		 하드코팅
(n3)		 n1-n2 n1-n3 n2-n3
실시예 1 1.64 1.54 1.50 0.10 0.14 0.04
실시예 2 1.64 1.58 1.51 0.06 0.13 0.07
실시예 3 1.64 1.60 1.52 0.04 0.12 0.08
비교예 1 1.64 1.50 1.52 0.14 0.12 -0.02
비교예 2 1.64 1.65 1.51 -0.01 0.13 0.14
비교예 3 1.64 1.58 1.48 0.06 0.16 0.10
구 분 광학 다층 필름 기재층 위상차
편광 무라 Ro (nm) Rth (nm) |ΔRo|/|Δx| (nm/3m)
실시예 1 무 58 8752 300
실시예 2 무 60 6754 297
실시예 3 무 81 7825 315
비교예 1 시인 105 5600 270
비교예 2 시인 1906 10294 420
비교예 3 강시인 8050 7123 100
* Ro 및 Rth는 폭 중심에서의 값
* |ΔRo|/|Δx| = 유효폭 3m (중심±1500mm) 내에서 Ro의 [최대값-최소값]
상기 표에서 보듯이, 실시예 1 내지 3의 필름은 편광 무라가 관찰되지 않았고 기재층의 면내 위상차가 매우 적은 반면, 비교예 1 내지 3의 필름은 편광 무라가 관찰되었고 기재층의 면내 위상차가 큰 편이었다.
시험예 3: 기재층의 유효폭 전체에서의 위상차 측정
상기 실시예 1과 동일한 방식으로 제조한 기재층에 대해서, 유효폭 전체에서의 면내 위상차(Ro) 및 두께 방향 위상차(Rth)를 측정하였다.
도 3a는 실시예 1의 기재층에 대한 유효폭 전체에서의 면내 위상차(Ro)를 측정한 결과이다. 도 3a에서 보듯이, 상기 실시예 1의 필름의 기재층은 다음과 같은 물성을 가짐을 알 수 있다.
- 폭 중심에서 면내 위상차(Ro)가 100 nm 이하
- 폭 중심으로부터 폭 방향으로 ±500 mm 거리 내에서의 면내 위상차(Ro)가 100 nm 이하
- 폭 중심으로부터 폭 방향으로 ±1000 mm 거리 내에서의 면내 위상차(Ro)가 200 nm 이하
- 유효폭 내에서 폭 방향의 변위에 대한 면내 위상차의 변화량(|ΔRo|/|Δx|)이 300 nm/3m 미만
도 3b는 실시예 1의 필름의 기재층에 대한 유효폭 전체에서의 두께 방향 위상차(Rth)를 측정한 결과이다. 도 3b에서 보듯이, 실시예 1에 따른 필름의 기재층은 다음과 같은 물성을 가짐을 알 수 있다.
- 폭 중심에서 두께 방향 위상차(Rth)가 8600 nm 이상
- 유효폭 내에서 폭 방향의 변위에 대한 두께 방향 위상차의 변화량(|ΔRth|/|Δx|)이 1500 nm/3m 미만
시험예 4: 물성 측정
상기 실시예 및 비교예의 필름에 대해서 다양한 물성을 측정하였다.
- 결정화도는 하기 수학식에 따라 계산하였다.
Xc [%] = dc(d-da) / d(dc-da) * 100
(Xc: 결정화도, dc: 결정부분의 밀도(g/cm3), da: 비결정부분의 밀도(g/cm3), d: 측정 지점의 밀도(g/cm3), 본 실시예에서는 dc=1.455(g/cm3), da=1.335(g/cm3)로 계산하였음)
- 연필경도는 연필경도시험기(Kipae E&T사, KP-M5000M)로 Mitsubishi 'UNI' Grade Pencil을 사용하여 측정하였다.
- 인장탄성율은 인장압축 시험기(Universal Testing Machine, Instron사, 4485 TIC960203-97B1A)로 측정하였다.
- 시인성은 물결무늬와 반짝이 현상의 발생 여부에 따라 아래 기준으로 평가하였다. ○ : 시인성 저하 없음, △ : 시인성 다소 저하, × : 시인성 저하 심함.
그 결과를 하기 표에 나타내었다.
구분
 기재층 밀도
(g/cm3)		 기재층
결정화도		 기재층 인장탄성율(@85℃) 기재층 시인성
MD (Gpa) TD (Gpa) 길이 방향 폭 방향
실시예 1 1.388 44% 3.7 3.8 ○ ○
실시예 2 1.397 52% 3.7 4.0 ○ ○
실시예 3 1.397 52% 3.8 3.9 ○ ○
비교예 1 1.398 53% 4.0 4.1 × △
비교예 2 1.405 58% 3.8 4.2 ○ ○
비교예 3 1.397 43% 2.2 5.8 × ○
상기 표에서 보듯이, 실시예 1 내지 3의 필름의 기재층이 광학 특성이 우수하면서도 기계적 물성이 우수하였다.
상기 구현예에 따른 광학 다층 필름이 적용된 광학 부품은 액정 표시장치, 유기전계발광 표시장치 등 각종 표시장치에 적용이 가능하다.
10: (상부) 편광판, 10': (하부) 편광판,
11: 편광자, 12: 광학 다층 필름,
12a: 기재층, 12b: 프라이머층,
12c: 하드코팅층, 70: 액정 패널,
71: 컬러필터 기판, 72: 액정층,
73: TFT 기판, 80: 백라이트 유닛,
90: 유기전계발광 패널, 91: 유기전계발광 기판,
92: 구동 기판, A, B: 폭 중심,
A', A'', B', B'': 폭 중심에서 이동한 지점.

Claims (15)

  1. 편광자; 및
    상기 편광자의 적어도 일 면 상에 배치되는 광학 다층 필름을 포함하고,
    상기 광학 다층 필름은,
    기재층, 프라이머층 및 하드코팅층의 순차적인 적층체를 포함하고,
    상기 기재층은 폴리에스테르 수지를 포함하고, 상기 기재층의 최소 면내 위상차(Romin)가 150 nm 이하이고, 상기 기재층의 폭 방향의 변위에 대한 면내 위상차의 변화량(|ΔRo|/|Δx|)이 550 nm/3 m 미만이며,
    상기 기재층, 상기 프라이머층 및 상기 하드코팅층의 굴절률들을 각각 n1, n2 및 n3이라 할 때 하기 식 (1) 내지 (4)를 만족하고,
    상기 기재층이 1.63 내지 1.68의 굴절률(n1) 및 20 ㎛ 내지 60 ㎛의 두께를 갖고, 상기 프라이머층이 1.53 내지 1.63의 굴절률(n2) 및 50 nm 내지 120 nm의 두께를 갖고, 상기 하드코팅층이 1.50 내지 1.52의 굴절률(n3) 및 1 ㎛ 내지 3.5 ㎛의 두께를 갖고,
    상기 광학 다층 필름의 최소 면내 위상차(Romin)가 150 nm 이하이고, 상기 광학 다층 필름의 폭 방향의 변위에 대한 면내 위상차의 변화량(|ΔRo|/|Δx|)이 550 nm/3 m 미만인, 광학 부품:
    n3 < n2 < n1 (1)
    0.10 ≤ n1-n3 ≤ 0.15 (2)
    0 ≤ n1-n2 ≤ 0.10 (3)
    0 ≤ n2-n3 ≤ 0.10 (4).
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기재층이 6,000 nm 이상의 최대 두께 방향 위상차(Rthmax)를 갖는, 광학 부품.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 프라이머층이 열경화성 폴리우레탄계 수지를 포함하고,
    상기 하드코팅층이 광경화성 아크릴레이트계 수지를 포함하는, 광학 부품.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 표시 패널; 및
    상기 표시 패널의 상면 및 하면 중 적어도 일 면 상에 배치되는 제 1 항의 광학 부품을 포함하는, 표시장치.
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