KR19990083341A - 광시야각편광판및액정표시장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 목적은 액정 표시 장치의 시각 인식 측면에 설정될 때 위상차에 의한 시야각 보상 기능과 광확산에 의한 시야각 확대 기능과 함께 콘트라스트의 저하 또는 표시상의 흐림 발생이 거의 또는 전혀 없는 광시야각편광판 및 이러한 광시야각편광판을 포함한 액정 표시 장치를 개발하는데 있으며, 이의 해결 방안으로서 본 발명은, 복굴절성 필름은 미소영역이 분산 함유되어 있는 투명 수지 필름을 포함하고, 직선편광이 최대 투과율을 나타내는 축방향을 △n2방향, △n2방향의 미소영역과 다른 부분사이의 굴절율차를 △n2, △n2방향과 직교하는 방향을 △n1방향, △n1방향의 미소영역과 다른 부분사이의 굴절율차를 △n1이라고 했을때 △n2는 0.03 이하이고 △n1는 △n2보다 크다는 조건식에 따르며, 복굴절성 필름의 △n1방향 및 지연상축과 편광판의 투과축은 서로 평행임을 특징으로 하여, 편광판과 면내 평균 위상차가 50㎚ 내지 200㎚인 복굴절성 필름의 적층체를 포함한 광시야각편광판과 이 광시야각편광판을 포함한 액정 표시 장치를 제공한다.
Description
본 발명은 투과형, 반사형 또는 양용형 액정 표시 장치의 시각인식성을 개선하는데 적합한 광시야각편광판에 관한 것이다.
액정 표시 장치의 시야각 확장 또는 위상차 변화 보상을 위한 광시야각편광판으로서 지금까지 하나가 알려져 있는데 이것은 편광판과 광분산판 또는 위상차판의 적층체를 포함하고 있다(일본특개평9-258013 및 일본특개평9-325216). 그러나, 이 광시야각편광판은 콘트라스트 저하나 표시 상 흐림이 일어나기 쉽고 시야각의 확장을 위해 무엇인가가 필요하다는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 액정 표시 장치의 시각인식측에 설정될때 위상차에 의한 시야각 손실을 보상할 뿐만 아니라 광분산에 의해 시야각을 확장하는 작용을 하고 그러므로써 콘트라스트 저하나 표시 상의 흐림이 거의 일어나지 않거나 전혀 발생하지 않는 광시야각편광판 및 이와 같은 광시야각편광판을 포함한 액정 표시 장치를 제공하는데 있다.
본 발명은 복굴절성 필름이 미소영역이 분산 함유되어 있는 투명 수지 필름을 포함하고, 직선편광이 최대 투과율을 나타내는 축방향을 △n2방향, △n2방향의 미소영역과 다른 부분사이의 굴절율차를 △n2, △n2방향과 직교하는 방향을 △n1방향, △n1방향의 미소영역과 다른 부분사이의 굴절율차를 △n1이라고 했을때 △n2는 0.03 이하이고 △n1는 △n2보다 크다는 조건식에 따르며, 복굴절성 필름의 △n1방향 및 지연상축과 편광판의 투과축은 서로 평행임을 특징으로 하는, 편광판과 면내 평균 위상차가 50㎚ 내지 200㎚인 복굴절성 필름의 적층체를 포함한 광시야각편광판을 제공한다.
도 1은 광시야각편광판 예의 단면도이다.
도 2는 복굴절성 필름과 편광판의 배치 관계 설명도이다.
도 3은 액정 표시 장치 예의 단면도이다.
도 4는 기타 다른 액정 표시 장치 예의 단면도이다.
<도면 부호의 설명>
1 : 복굴절성 필름(e : 미소영역)
2, 21, 22 : 접착층
3, 31 : 편광판
4 : 액정 셀
5 : 경면 반사판
본 발명의 광시야각편광판은 편광판과 면내 평균 위상차가 50㎚ 내지 200㎚인 복굴절성 필름의 적층체를 포함하고, 복굴절성 필름은 미소영역이 분산 함유되어 있는 투명 수지 필름을 포함하고, 직선편광이 최대 투과율을 나타내는 축방향을 △n2방향, △n2방향의 미소영역과 다른 부분사이의 굴절율차를 △n2, △n2방향과 직교하는 방향을 △n1방향, △n1방향의 미소영역과 다른 부분사이의 굴절율차를 △n1이라고 했을때 △n2는 0.03 이하이고 △n1는 △n2보다 크다는 조건식에 따르며, 복굴절성 필름의 △n1방향 및 지연상축과 편광판의 투과축은 서로 평행임을 특징으로 한다.
상기한 광시야각편광판의 양태는 도 1에 나타나 있다. 부호 1은 굴절성 필름을 가리킨다. 부호 3은 평광판을 나타낸다. 심볼 e는 복굴절성 필름 1내의 미소영역을 가리킨다. 부호 2는 임의로 설정되는 접착층이다. 복굴절성 필름 1은 한 시트의 필름 또는 다수의 복굴절성 필름의 적층체로 이루어질 수 있다.
미소영역이 분산 함유된 투명 수지 필름으로 이루어진 복굴절성 필름은 일본특개평9-274108에 기술된 적절한 방법, 예들 들면 필름이 연신될때 상이한 복굴절 지수를 갖는 영역이 형성되도록 수지와 액정과 같이 투명성이 우수한 하나 이상의 적절한 물질을 배합하여 필름을 형성하는 것을 포함한 방법에 의해 제조될 수 있다. 좀더 상세히 설명하면, 미소영역이 분산 함유된 투명 수지 필름으로 만든 굴절성 필름은 투명 수지 필름을 형성하기 위한 하나 이상의 수지와 미소영역을 형성하기 위한 하나 이상의 액정성 열가소성 수지를 혼합하고, 이 혼합물로부터 액정성 열가소성 수지가 미소영역의 형태로 분산 함유된 투명 수지 필름을 형성한 다음 이 필름을 상이한 복굴절 지수를 갖는 영역이 형성되도록 적절히 배향시키는 것을 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다. 상기 혼합물의 예로는 수지와 액정의 혼합물, 등방성 수지와 이방성 수지의 혼합물 및 이방성 수지의 혼합물이 포함된다. 미소영역의 분산분배 관점에 볼때 상 분리를 겪는 혼합물이 바람직하다. 혼합될 물질의 혼화성을 적절히 선택함으로써 미소영역의 분산분배를 조절할 수 있다. 상 분리는 비혼화성 물질을 용매로 처리하여 용액을 만드는 것을 포함하는 방법 및 가열로 용융시키면서 혼화성 물질을 혼합하는 것을 포함하는 방법과 같은 적절한 방법으로 달성할 수 있다.
상기한 중합체와 액정의 혼합물 또는 등방성 중합체와 이방성 중합체의 혼합물은 임의 온도와 연신비로 배향시켜 목적하는 배향필름을 형성할 수 있다. 한편, 상기한 이방성 중합체의 혼합물은 상기 △n2방향의 굴절지수가 상기 △n2를 만족하는 임의 연신비로 배향시켜 목적하는 배향필름을 형성할 수 있다.
이방성 중합체는 배향방향의 굴절지수가 변화되는 특징에 따라 양성 또는 음성 이방성 중합체로서 분류할 수 있다. 본 발명은 양성 이방성 중합체나 음성 이방성 중합체중 어느 것도 사용할 수 있다. 또한, 양성 이방성 중합체의 혼합물, 음성 이방성 중합체의 혼합물 또는 양성 이방성 중합체와 음성 이방성 중합체의 혼합물이 사용될 수 있다. 배향처리의 관점에 볼때, 우수한 연성을 갖는 중합체가 메짐성 중합체보다 바람직하다.
상기 투명 수지 필름을 형성하는 수지로서는 광투과성, 특히 광투과율이 탁월한 적당한 수지가 사용될 수 있는데 어떠한 특별한 제한도 없다. 따라서, 본 발명에서 사용되는 수지의 내열성은 적절히 예정할 수 있다. 상기 수지의 예로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 폴리에틸렌 나트탈레이트와 같은 폴리에스테르 수지, 폴리스티렌과 이크릴로니트릴-스티렌 공중합체와 같은 스티렌 수지, 및 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 사이클로 또는 노르보르넨 구조를 갖는 폴리올레핀과 에틸렌-프로필렌 공중합체와 같은 올레핀 수지가 포함된다.
상기 수지의 다른 예로는 폴리메틸 메타크릴레이트와 같은 아크릴계 수지, 셀룰로즈 디아세테이트와 셀룰로즈 트리아세테이트와 같은 셀룰로즈 수지, 나일론과 방향족 폴리아미드와 같은 아미드 수지, 카보네이트 수지, 비닐 클로라이드 수지, 이미드 수지, 설폰 수지, 폴리에테르설폰 수지, 폴리에테르 에테르 케톤 수지, 폴리페닐렌 설파이드 수지, 비닐 알코올 수지, 비닐리덴 클로라이드 수지, 비닐 부티랄 수지, 아크릴레이트 수지, 폴리옥시메틸렌 수지 및 이들의 혼합물이 포함된다. 내열성 등의 관점에 볼때, 70℃ 이상, 특히 80℃ 이상, 더욱 특히 100℃ 이상의 유리 전이점을 갖는 수지가 바람직하다. 액정 표시 장치 등이 사용되는 경우에는, 가시범위에서 광투과율이 우수한 수지가 바람직하게 사용된다.
한편, 미소영역을 형성하기 위한 액정성 열가소성 수지로서 가열용융될 수 있는 주쇄형 및 측쇄형 중합체와 같은 적절한 액정 중합체가 있을 수 있다. 따라서, 본 발명에서 사용가능한 액정성 열가소성 수지의 종류는 특정적으로 제한되지 않는다. 배향상태에 의한 상기 굴절지수 차 △n1와 △n2의 조절성 관점에서 볼때 50℃ 이상의 유리 전이온도를 나타내고 함께 혼합될 투명 수지 필름을 형성하기 위한 수지의 유리 전이 온도보다 낮은 온도 범위에서 네마틱 액정상인 수지가 바람직하다. 이러한 수지의 특정 예로는 하기 화학식 1로 표시되는 단량체 단위를 갖는 측쇄형 액정 중합체가 포함된다:
상기식에서,
X는 직쇄, 측쇄 및 환쇄와 같은 적절한 연결쇄에 의해 형성될 수 있는 액정성 열가소성 수지의 주쇄를 형성하는 골격 그룹을 나타낸다. 이와 같은 골격그룹의 특정 예로는 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리-α-할로아크릴레이트, 폴리-α-시아노아크릴레이트, 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메타크릴로니트릴, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리에테르, 폴리이미드 및 폴리실록산이 포함된다.
Y는 주쇄로부터 분지된 스페이서 그룹을 나타낸다. 굴절지수 등을 조절하기 위한 복굴절성 필름의 형성성 관점에서 볼때, 스페이서 그룹 Y는 바람직하게는 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 펜틸렌 또는 헥실렌이다. 이들 그룹가운데 특히 바람직한 것은 에틸렌이다.
한편, Z는 수지에 네마틱 배향성을 부여하는 메소겐 그룹을 나타낸다. 이러한 메소겐 그룹의 예로는 다음의 화합물을 들 수 있다:
상기 화합물에서 말단 치환체 A는 시아노 그룹, 알킬 그룹, 알케닐 그룹, 알콕시 그룹, 옥스알킬 그룹 및 불소 또는 염소에 의해 치환된 하나 이상의 수소원자를 갖는 할로알킬, 할로알콕시 또는 할로알케닐 그룹과 같은 적당한 그룹일 수 있다.
상기 화학식 1에서, 스페이서 그룹 Y와 메소겐 그룹 Z는 서로 에테르 결합(즉, -O-)으로 연결될 수 있다. 메소겐 그룹 Z에서 페닐 그룹은 할로겐에 의해 치환된 하나 또는 두개의 수소원자를 가질 수 있다. 바람직한 할로겐은 염소 또는 불소이다.
상기의 네마틱 배향성 측쇄형 액정 중합체(액정성 열가소성 수지)는 상기 화학식 1의 단량체 단위를 갖는 단독중합체 또는 공중합체와 같은 적절한 액정성 열가소성 수지일 수 있다. 특히, 모노도메인 배향성이 우수한 액정성 열가소성 수지가 바람직하다.
상기 네마틱 배향성 액정성 열가소성 수지를 포함한 복굴절성 필름은 예를 들면 투명 수지 필름을 형성하기 위한 수지와 50℃이상, 특히 60℃이상, 더욱 특히 70℃이상의 유리 전이 온도를 갖고 이의 유리 전이 온도보다 낮은 온도범위에서 네마틱 액정상인 액정성 열가소성 수지를 혼합하여 미소영역의 형태로 액정성 열가소성 수지가 분산 함유된 수지 필름을 형성하고, 미소영역을 형성한 액정성 열가소성 수지를 열처리하여 네마틱 액정상에 배향하도록한 다음, 수지를 냉각시켜 배향상태를 고정시키는 것을 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다.
투명성 수지 필름을 형성하기 위한 수지와 액정성 열가소성 수지의 상기 혼합물로서 바람직하게 사용되는 것은 생성된 복굴절성 필름에 미소영역의 분산분배성 관점에서 볼때 서로 완전히 혼화하지 않는 물질의 혼합물이며, 특히 바람직한 것은 상 분리를 겪는 물질의 혼합물이다. 이러한 혼합물은 미소영역의 분산분배성을 조절하는 적절한 혼화성을 제공할 수 있다. 상 분리는 비혼화성 물질을 용매로 처리하여 용액을 만드는 것을 포함하는 방법 및 혼화성 물질을 가열하여 용융시키면서 혼합하는 것을 포함하는 방법과 같은 적절한 방법에 의해 달성될 수 있다.
액정성 열가소성 수지를 미소 영역의 형태로 분산 함유하는 투명 수지 필름, 즉 배향될 필름은 캐스팅법, 압출 성형법, 사출 성형법, 로울 성형법 또는 유연 성형법(flow casting process) 등의 적절한 방법으로 제조할 수 있다. 다른 방법으로서 상기 필름은 그들 물질을 단량체 형태로 전개시키고 그 물질을 가열 처리 또는 자외선 등의 방사선 처리 등에 의해 중합시켜 필름상으로 제막하는 것을 포함하는 방법에 의해 제조할 수 있다.
미소 영역의 균등 분포성이 우수한 복굴절성 필름을 얻기 위해서는 용매를 매개로 얻은 형성재의 혼합액을 캐스팅법이나 유연 성형법 등으로 필름을 제조하는 방법이 바람직하다. 그 경우, 사용된 용매의 종류, 혼합액의 점도 및 혼합액 전개층의 건조 속도 등에 의해 미소 영역의 크기나 분포성 등을 제어할 수 있다. 미소 영역의 면적 감소는 혼합액의 저점도화 또는 혼합액 전개층의 건조 속도의 급속화에 의해 효과적으로 달성될 수 있다.
배향될 필름의 두께는 적절히 결정할 수 있지만, 일반적으로 배향 처리성의 측면에서 1 ㎛ 내지 3 ㎜, 바람직하게는 5 ㎛ 내지 1 ㎜, 보다 바람직하게는 10 ㎛ 내지 500 ㎛로 할 수 있다. 또, 필름 형성시에는, 예컨대 분산제, 계면활성제, 자외선 흡수제, 색조 조절제, 난연제, 이형제 및 산화방지제 등의 적당한 첨가제를 배합할 수도 있다.
필름의 배향 처리는, 예컨대 투명 수지 필름 중에 미소 영역의 형태로 분산 분포된 액정성 열가소성 수지가 네마틱 상과 같은 목적하는 액정상이 되는 온도로 가열하여 용융시키고, 이와 같이 용융된 필름을 배향 규제력의 작용하에 배향 분포시킨 뒤, 필름을 급냉시켜 배향 상태를 고정화하는 것을 포함하는 방법 등으로 실시할 수 있다. 필름의 배향 상태는 가급적 모노도메인 상태(monodomain state)로 있는 것이 광학 특성의 분산을 방지하는 등의 점에서 바람직하다.
상기한 배향 규제력으로는, 예컨대 투명 수지 필름을 적당한 연신비로 연신 처리하는 방법에 의한 연신력, 필름 형성시의 전단력, 전기장 및 자기장 중에서 액정성 열가소성 수지를 배향시킬 수 있는 적절히 선택된 규제력을 적용할 수 있고, 이 규제력 중 1종 또는 2종 이상의 규제력을 작용시켜 액정성 열가소성 수지의 배향 처리를 실시할 수 있다.
따라서, 복굴절성 필름에 있어 액정성 열가소성 수지로 이루어진 미소 영역 이외의 부분은 복굴절성을 나타내는 것이어도 좋고, 등방성을 가진 것이어도 좋다. 연신 처리 등에 의한 배향에서 복굴절성 필름 전체가 복굴절성을 나타내는 것인 경우, 그 전체 위상차는 투명 수지 필름을 형성하는 수지에서 유래되는 위상차와 액정성 열가소성 수지에서 유래되는 위상차에 의해 결정될 수 있다. 일반적으로, 그 위상차의 값에는 가성성(加成性)이 성립된다.
상술한 액정성 열가소성 수지로 이루어진 미소 영역 이외의 부분이 등방성인 복굴절성 필림은, 예컨대 투명 수지 필름을 형성하는 수지에 등방성인 필름을 이용하고, 그 필름을 당해 수지의 유리 전이 온도 이하의 온도 영역에서 연신 처리하는 방식 등에 의해 얻을 수 있다.
본 발명에서 사용되는 복굴절성 필름은 내면의 핑균 위상차를 50 내지 200 nm로 조절함과 동시에 직선 편광의 최대 투과율을 나타내는 축방향을 △n2방향, 그 방향에서 미소 영역과 다른 부분과의 굴절률 차를 △n2, 상기 △n2방향과 직교하는 방향을 △n1방향, 그 방향에서 미소 영역과 다른 부분과의 굴절률차를 △n1이라 했을때, △n2를 0.03 이하, △n1는 △n2보다 크다는 조건식으로 제어한 것이다. 이와 같은 굴절률차로 한 경우에는, △n1방향으로 산란성이 우수하고 △n2방향으로 편광 상태의 유지성 및 직진 투과성이 우수한 복굴절성 필름을 제공할 수 있다.
전술한 면내 평균 위상차가 50 nm 미만인 경우에는 시야각의 변화에 대한 보상 효과가 불충분하고, 반대로, 200 nm를 초과하면 복굴절률차의 파장 분산으로 착색화 등의 색변화를 일으켜, 어떤 경우에도 양호하게 인식될 수 있는 시야각의 확대가 곤란하다. 양호하게 인식될 수 있는 시야각의 확대성 등의 점에서 바람직한 면내 평균 위상차는 70 nm 내지 180 nm, 바람직하게는 100 nm 내지 150 nm이다.
한편, 산란성 등의 측면에서 △n1방향에 있어서 굴절률차 △n1은 적당히 큰 것이 바람직하고, 특히 0.04 내지 1, 보다 특히 0.045 내지 0.5가 좋다. 또한, 편광 상태의 유지성 등의 측면에서 △n2방향의 굴절률차 △n2는 가급적 작은 것이 바람직하고, 특히 0.025 이하, 보다 특히 0.020 이하, 가장 특히 0.015 이하인 굴절률차 △n2인 것이 바람직하다.
또한, 상기한 배향 처리는 미소 영역을 형성하는 액정성 열가소성 수지를 가급적 일정 방향으로 배향시켜 당해 △n1방향의 굴절률차를 크게 하는 조작, 또는 당해 △n2방향의 굴절률차를 작게 하는 조작, 또는 이 2가지를 모두 얻을 수 있는 조작을 포함하는 방법으로서 정의될 수 있다.
따라서, 상기 굴절률차의 특성을 달성하기 위한 측면에서, 투명 수지 필름을 형성하는 수지의 굴절률을 미소 영역을 형성하는 액정성 열가소성 수지의 통상 광선 굴절률과 가급적 일치시키고, 이상 광선 굴절률과 적당한 차이가 나도록 한 관계의 수지와 액정성 열가소성 수지를 조합 이용하여 복굴절성 필름을 형성하는 것이 유리하다.
복굴절성 필름의 미소 영역은 전술한 산란 효과등의 균질성 측면에서 가급적 균등하게 분산 분포되어 있는 것이 바람직하다. 미소 영역의 크기, 특히 산란 방향인 △n1방향의 길이는 후방 산란(반사)이나 파장 의존성과 관련이 있다. 광이용 효과의 향상이나 파장 의존성에 의한 착색 방지, 미소 영역의 가시 관찰에 의한 시각적 인식 저해 방지 또는 선명한 표시의 저해 방지, 또는 막 성형성이나 필름 강도 등의 측면에서 미소 영역의 바람직한 크기, 특히 △n1방향의 바람직한 길이는 0.05 내지 500 ㎛, 특히 0.1 내지 250 ㎛, 보다 특히 1 내지 100 ㎛이다. 또한, 미소 영역은, 통상적으로 도메인 상태에서 복굴절성 필름 중에 존재하지만, 그 △n2방향의 길이에 대해서는 특별한 제한은 없다.
복굴절성 필름 중에 존재하는 미소영역의 비율은 내면의 평균 위상차나 △n1방향의 산란성 등의 측면에서 적절히 선택하여 결정할 수 있지만, 일반적으로 필름 강도 등도 참작하면 0.1 내지 70 중량%, 특히 0.5 내지 50 중량%, 보다 특히 1 내지 30 중량%가 좋다. 또한, 복굴절성 필름에서 액정성 열가소성 수지로 이루어진 미소 영역은 필름 두께와 동일한 두께이어도 좋고, 필름 두께보다도 박층이어도 좋으며, 이와 같은 경우 미소 영역이 필름 두께 방향으로 중복하는 상태에 있어도 좋다.
복굴절성 필름은 도 1에 도시된 바와 같은 단층(1)으로 이용될 수도 있고, 2 층 이상을 적층한 적층체로서 이용될 수도 있다. 복굴절성 필름을 적층한 경우, 두께 증가 이상의 상승적 산란 효과를 발휘할 수 있다. 적층체는 △n1방향이나 △n2방향 중 임의의 배치 각도로 복굴절성 필름을 적층한 것이어도 좋지만, 산란 효과의 확대 등의 측면에서 △n1방향이 상하 층에서 평행 관계가 되도록 적층한 것이 바람직하다. 복굴절성 필름의 적층수는 2층 이상 중 적당히 선택할 수 있다.
또한, 적층된 복굴절성 필름은 △n1또는 △n2가 동일한 것이어도 좋고, 상이한 것이어도 좋다. △n1방향 등에서 상하 층으로의 평행 관계는 가급적 평행인 것이 바람직하지만, 작업 오차에 의한 편차는 허용된다. 또한, △n1방향 등이 산란되는 경우에는 평균 방향에 따른다.
적층체에서 복굴절성 필름은 단순히 중첩 위치된 상태이어도 좋지만, △n1방향 등의 편차 방지나 각 계면으로 이물질 등의 침입 방지 등의 측면에서 접착층 등을 개재시켜 접착시키는 것이 바람직하다. 그 접착에는, 예컨대 아크릴계나 실리콘계, 폴리에스테르계나 폴리우레탄계, 폴리에테르계나 고무계 등의 점착제중에서 적절히 선택한 투명 접착제를 이용할 수 있고, 그 종류에 특별한 제한은 없다.
반사 손실을 억제하기 위한 측면에서, 양측의 볼굴절성 필름과의 굴절률차가 가급적 작은 접착층이 바람직하고, 복굴절성 필름을 형성하는 수지와도 접착시킬 수 있다. 또, 광학 특성의 변화를 방지하기 위한 측면에서 경화나 건조시에 고온의 공정을 요구하지 않는 것이 바람직하고, 장시간의 경화 처리나 건조 시간을 필요로 하지 않는 것이 바람직하다. 또한, 가열이나 가습 조건하에 박리 등을 일으키지 않는 것이 바람직하다.
이와 같은 측면에서, 부틸 (메트)아크릴레이트, 메틸 (메트)아크릴레이트, 에틸 (메트)아크릴레이트 및 (메트)아크릴산과 같은 단량체를 성분으로 하는 중량 평균 분자량이 10만 이상이고, 유리 전이 온도가 0℃ 이하인 아크릴계 중합체로 만든 아크릴계 접착제가 특히 바람직하게 사용된다. 또한, 아크릴계 접착제는 투명성, 내후성 또는 내열성 등이 우수하다는 점에서도 유리하다.
접착제에는, 필요에 따라 예컨대 천연이나 합성의 수지류, 유리 섬유, 유리 비드, 금속 분말 및 기타 무기 분말 등으로 된 충전제, 안료, 착색제 및 산화방지제 중에서 적당히 선택된 첨가제를 혼합할 수 있다. 또한, 미립자를 첨가하여 광확산성을 나타내는 접착층으로 만들 수도 있다.
본 발명에 따른 광시야각편광판은, 도 1에 도시한 바와 같이 복굴절성 필름(1)과 편광판(3)의 적층체를 포함하고 액정셀의 복굴절에 의한 시각 특성의 보상 등에 바람직하게 이용될 수 있다. 상기 편광판에는 직선 편광을 형성할 수 있는 적절한 것을 이용할 수 있다. 즉, 편광판에는 흡수형, 산란형, 반사형 등 각종 형태가 있지만, 본 발명에는 어떤 형태를 사용하여도 좋다.
전술한 편광판의 구체예로는 폴리비닐알코올계 필름, 부분 포르말화 폴리비닐 알코올계 필름 및 에틸렌-아세트산비닐 공중합체계 부분 비누화 필름과 같은 친수성의 고분자 필름에 요오드 및 2색성 염료 등의 2색성 물질을 흡착시키고 연신시킨 흡수형 형태의 편광 필름, 폴리비닐알코올의 탈수 처리물 및 폴리염화비닐의 탈염산 처리물과 같은 폴리엔 배향 형태의 편광 필름을 포함한다.
또한, 상기 편광 필름의 단면이나 양면에 내수성 등의 보호 목적으로, 플라스틱 도포층이나 필름 적층 등으로 이루어진 투명 보호층을 포함하는 보호형 편광판도 사용할 수 있다. 또한, 그 투명 보호층에, 예컨대 평균 입경이 0.5 내지 50 ㎛인 실리카, 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 산화주석, 산화인듐, 산화카드뮴, 산화안티몬 등의 도전성일 수 있는 무기계 미립자, 가교 또는 미가교 중합체 등의 유기계 미립자 등 투명 미립자를 첨가하여 표면에 미세요철 구조를 부여한 산란형 형태의 편광판도 사용할 수 있다.
또한, 표면에 미세요철 구조를 부여한 것일 수 있는 상기 투명 보호층에, 예컨대 금속 증착층이나 금속 침착층, 금속 분말 함유 수지층 또는 금속박 등으로 이루어진 반사층을 제공한 반사형 형태의 편광판 등도 사용할 수 있다. 또한, 편광판으로는, 전술한 2색성 물질 함유의 흡수형 편광판 등과 같이 편광도가 높은 것 중에서 광투과율이 40% 이상이고, 편광도가 95.0% 이상, 특히 99% 이상인 것을 바람직하게 이용할 수 있다.
본 발명에 따른 광시야각편광판을 실질적으로 사용하는 경우에는, 적당한 광학부품이나 광학층을 필요에 따라 부가한 중첩체 형태를 이용할 수 있다. 이와 같은 적층체는 편광판을 포함하고 단순히 적층 배치한 것도 좋지만, 편차 방지나 각 계면으로 이물질 등의 침입 방지 등을 위해 필요에 따라 접착층 등을 개재시켜 밀착 처리한 것이 바람직한 경우도 있다. 이와 같이 필요에 따라 사용되는 접착층으로, 전술한 복굴절성 필름의 적층시 사용된 것을 이용할 수 있다.
전술한 광학 부품이나 광학층을 필요에 따라 부가한 것을 비롯하여 광시야각 편광판은 액정 표시 장치 등의 형성시에 그 구성층을 순차 각각 적층하는 방식으로도 만들 수 있지만, 미리 밀착 처리한 적층체로 만드는 사전 적층 방식이 품질의 안정성이나 적층 작업성 등이 우수하고 액정 표시 장치 등의 제조 효율을 향상시킬 수 있다는 점 등에서 바람직하다.
전술한 광시야각편광판에 중첩되는 광학 부품이나 광학층에 대해서는 특별히 제한되는 바는 없지만, 예컨대 위상차판 및 도광판 등의 백 라이트, 반사판이나 다층막 등으로 이루어진 편광분리판, 액정셀, 눈부심 방지층 및 반사방지층 등 중 적당한 것이어도 좋다.
전술한 위상차판의 구체예로는 상기 복굴절성 필름으로 예시된 수지류로 이루어진 연신 필름 및 액정 중합체, 특히 비틀림 배향의 액정 중합체 등을 포함한다. 이용되는 위상차판은, 예컨대 1/4 파장판, 1/2 파장판, 1축 또는 2축 등에 의한 연신 형태 및 두께 방향으로도 분자 배향된 경사 형태, 액정 형태, 시야각 및 복굴절에 의한 위상차를 보상하는 형태, 이들을 적층시킨 형태인 것 등 각종 형태를 이용할 수 있다.
또한, 도광판(light-guiding plate)의 구체예로는 투명한 수지판의 측면에 음극관(저온 또는 고온) 등의 선상 광원 또는 발광 다이오드, EL 등의 광원을 배치하고, 그 수지판에서 판내로 전송된 광이 확산, 반사, 굴절 또는 간섭에 의해 판의 편면측으로 출사되도록 한 것을 포함한다.
도광판을 포함하는 광시야각편광판의 형성에 있어서는, 광의 출사 방향을 제어하기 위한 프리즘 시트 등으로 이루어진 프리즘 배열 층, 균일한 발광을 얻기 위한 확산판, 선상 광원 유래의 출사광을 도광판의 측면으로 유도하기 위한 광원 호울더 등의 보조 수단을 도광판의 상하면이나 측면 등의 소정 위치에 필요에 따라 1층 또는 2층 이상을 배치하면 적절한 조합체를 얻을 수 있다. 반사판으로는 전술한 반사형 편광판에 예시된 반사판 또는 반사층을 이용할 수 있다.
한편, 눈부심 방지처리층(glare protective layer)은 광시야각편광판 또는 액정 표시 장치 등을 시각적으로 인식하는 경우 표면에 외광이 반사하여 광시야각편광판 등의 투과광 또는 표시상의 시각적 인식을 저해하는 것을 방지하기 위한 목적으로 부착되는 것이다. 눈부심 방지처리층(비눈부심층)은 예컨대 투명 미립자를 함유하여 표면 미세 요철 구조를 나타내는 수지층, 샌드블라스팅 가공(sandblasting) 또는 엠보싱 가공에 의한 표면 미세 요철 구조인 시트 등과 같이 적절한 방식으로 표면을 미세 요철 구조화한 것 등으로 얻을 수 있다. 따라서, 눈부심 방지처리층은 광시야각편광판 등의 표면에 부가된 광학층 등으로도 형성될 수 있다.
반사방지막은 광시야각편광판 또는 액정셀을 투과하는 광의 반사 손실 방지나 상기 눈부심 방지처리층과 같이 광시야각편광판 또는 액정 표시 층 등에 입사하는 광의 표면 반사에 의한 시각 인식 저해 방지 등을 목적으로 부설될 수 있는 것으로, 예컨대 시트 등에 간섭성의 단층 또는 다층의 증착막을 부여하는 방식 등으로 형성시킨다. 따라서, 반사방지막 역시 광시야각편광판 등의 표시에 부가된 광학층 등으로 만들 수 있다.
본 발명에 따른 광시야각편광판을 형성하는 적층체는 상기와 같이 복굴절성 필름과 편광판 이외의 광학 부품 또는 광학 층을 1종 또는 2종 이상 이용한 것이고, 이 경우에는 예컨대 위상차판 등과 동종의 광학 부품 등을 2층 이상 적층시킨 것이어도 좋다. 상기 동종의 광학 부품의 특성은 동일한 것이어도 좋고, 상이한 것이어도 좋다.
광시야각편광판을 형성하는 하나이상의 복굴절성 필름은 적층체의 한쪽 외면이나 양쪽 외면, 적층체를 형성하는 광학 부품 등의 한쪽 면이나 양쪽 면 등과 같이 적층체의 외부 또는 내부 중 적당한 위치에 1층 또는 2층 이상이 배치된 것이어도 좋다. 따라서, 광시야각편광판은 이를 형성하는 복굴절성 필름과 편광판이 인접된 것이어도 좋고, 이들 사이에 다른 광학 부품 등을 개재한 것이어도 좋다.
또한, 상기 편광판, 복굴절성 필름, 광학 부품 및 광학층 등과 같이 광시야각편광판을 형성하는 각층은, 예컨대 살리실산 에스테르계 화합물, 벤조페놀 화합물, 벤조트리아졸 화합물, 시아노아크릴레이트 화합물 및 니켈 착염계 화합물 등과 같은 자외선 흡수제로 처리하는 방식 등에 의해 자외선 흡수능을 부여한 것일 수 있다.
광시야각편광판을 형성하는 복굴절성 필름과 편광판의 배치 관계는 복굴절성 필름의 투과, 산란 특성을 유효하게 활용하기 위한 측면에서, 도 2에 화살표로 표시한 바와 같이 복굴절성 필름 (1)의 △n1방향, 즉 지연상축과 편광판 (3)의 투과축 (T)이 평행 관계가 되도록 배치한다. 이와 같이 하면 전술한 본 발명의 목적을 달성할 수 있다. 이와 같은 평행 관계는 전술한 복굴절성 필름을 적층하는 경우와 마찬가지이다.
본 발명에 따른 광시야각편광판은 전술한 잇점이 있기 때문에 투과형, 반사형 또는 투과반사용 액정 표시 장치의 형성 등에 바람직하게 사용된다. 이와 같은 액정 표시 장치의 예는 도 3과 도 4에 도시하였다. 참조 부호 (3), (31)은 편광판이고, (4)는 액정셀이며, (5)는 경면 반사판(mirror-like reflective plate)이다. 도 3에는 투과형을, 도 4에는 반사형을 도시하였다. 도3에 도시된 투과형에서 편광판(31) 측의 시각 인식 배경 측에는 통상적 일례로 배치되는 백 라이트 시스템의 도시가 생략되어 있다.
또한, 전술한 예에서 광시야각편광판은 액정셀 (4)의 시각 인식 측에 있는 복굴절성 필름 (1)을 내측으로 하여 배치되어 있고,이와 같은 배치 관계가 시각 인식 특성 등의 측면에서 일반적으로 바람직하지만, 예컨대 반사형의 경우 편광판 (3)을 내측으로 하여 배치하는 방식이나, 투과형의 경우 액정셀 (4)의 시각 인식 배면측에 광시야각편광판을 배치하는 방식 등과 같은 광범위 시야각 편광판의 배치 위치는 적절히 결정할 수 있다.
액정 표시 장치는 일반적으로 편광판, 액정셀, 반사판이나 백 라이트(back light) 및 필요에 따라 광학 부품 등의 구성 부품을 적절히 조립하고, 이 조립체에 구동 회로를 장착하여 제조할 수 있다. 본 발명에서, 이러한 조립 공정은 전술한 광시야각편광판을 사용하는 것을 제외하고는, 한정되지 않는다. 즉, 액정 표시 장치는 통상의 방법에 따라 형성될 수 있다.
따라서, 액정 표시 장치는 광시야각편광판이 액정셀의 한쪽 또는 양쪽 측면에 배치되는 형태 또는 상술한 바와 같은 조명 시스템과 같이 백 라이트 반사판 또는 반투과 반사판을 포함하는 형태로 제조될 수 있다. 이 경우 광시야각편광판은 전술한 바와 같이 복굴절성 필름을 액정셀과 편광 필름의 사이에, 특히 시각 인식 측의 편광 필름의 사이에 위치하도록 배치하는 것이 보상 효과 측면에서 바람직하다.
또한, 액정 표시 장치 형성시, 전술한 광학 부품이나 광학층을 부가한 광시야각편광판을 사용하는 경우와 마찬가지로, 예컨대 시각 인식 측의 표면에 제공되는 눈부심 방치처리층이나 반사방지막, 보호층이나 보호판, 또는 액정셀과 시각 인식 측의 편광판 사이에 배치되는 위상차 보상판 등의 적절한 광학 부품이나 광학층을 적절한 위치에 1층 또는 2층 이상 배치할 수 있다.
상기 위상차 보상판은 복굴절의 파장 의존성 등을 보상하고 시각인식성을 향상시키는 것 등을 목적으로 하는 것이고, 시각 인식 층 및/또는 시각 인식 배면측의 편광판과 액정셀의 사이 등에 배치된다. 또한, 위상차 보상판으로는 파장 범위 등에 따라 전술한 위상차 판 등 중 적절한 것을 이용할 수 있다. 또한, 위상차 보상판은 2층 이상의 위상차층으로 이루어진 것이어도 좋다.
전술한 바와 같이, 광시야각편광판은 액정셀의 한쪽면이나 양쪽면 중 적당한 위치에 1층 또는 2층 이상으로 배치될 수 있고, 그 배치 예로서 인접된 광학 부품 등과 적층 일체화된 광시야각편광판으로서 이용될 수 있다. 또한, 액정 표시 장치에 대해서도 이를 구성하는 각 부품은 분리 상태이어도 좋지만, 도시된 바와 같이 접착층 (21) 및 (22)을 개재시켜 서로 일체화된 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 광시야각편광판은 TN형 또는 STN형 등과 같이 복굴절을 나타내는 액정셀을 이용한 TFT형 또는 MIM형 등과 같은 여러 종류의 표시 장치에 바람직하게 사용된다.
실시예 1
AS 수지 300부(이하, 중량부)와 시아노계 네마틱 액정(GR-41, 치소 코포레이션 제품) 100부를 함유하는 18 중량% 디클로로메탄 용액을 혼합하고, 캐스팅법으로 두께가 20 ㎛인 필름을 만들고, 이것을 1.2배로 연신 처리하여, 굴절률차 △n1이 0.20이고, △n2가 0.007이며, 면내 평균 위상차가 110nm이고, 지연상 축과 △n1방향이 평행한 연신 필름을 얻었다. 이와 같이 얻은 연신 필름과, 시판되는 전광선 투과율이 41%이고 투과광의 편광도가 99%인 편광판을 △n1방향과 편광판의 투과축이 일치하도록 아크릴계 점착층의 개재로 접착시켜 광시야각편광판을 얻었다.
이어서, 상기 광시야각편광판의 연신 필름을 내측으로 하고 그 △n2방향을 흑색 표시할 때의 편광방향에 대응하도록 아크릴계 점착층을 개재시켜 액정셀에 접착시키고 셀의 다른 면에는 아크릴계 점착층을 개재한 편광판을 접착시켜 투과형 액정 표시 장치를 얻었다. 이와 같은 연신 필름에는 시아노계 네막틱 액정으로 이루어진 도메인부가 미립형으로 우수하게 분포되어 있었다. 이 도메인을 편광 현미경으로 200x 배율로 관찰하여 위상차에 의한 착색에 준하여 측정한 결과 약 1 ㎛이었다.
비교예 1
광시야각편광판 대신에 편광판만을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1에 따라 투과형 액정 표시 장치를 만들었다.
비교예 2
연신 필름 대신에 투명 미립자를 함유하고 내면 평균 위상차가 5 nm인 광확산판을 포함하는 편광판(광범위 시야각)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1에 따라 액정 표시 장치를 만들었다.
비교예 3
연신 필름으로 폴리카르보네이트로 이루어지고 내면 평균 위상차가 115nm의 일축 연신 필름을 포함하는 편광판(광범위 시야각)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1에 따라 액정 표시 장치를 만들었다.
그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
| 실시예 번호 | 콘트라스트 | 표시상의 흐림 | 광 확산성 | 시야각의 넓이 |
| 실시예 1 | 양호 | 양호 | 양호 | 양호 |
| 비교예 1 | 양호 | 양호 | 불량 | 불량 |
| 비교예 2 | 불량 | 불량 | 양호 | 보통 |
| 비교예 3 | 양호 | 양호 | 불량 | 양호 |
실시예 2
가중된 굴절 온도(loaded deflection temperature) 165 ℃, 유리 전이 온도 182 ℃인 노르보르넨계 수지(JSR 제품, 아르톤 소재) 990부(중량부; 이후 중량부임)를 함유하는 20 중량% 디클로로메탄 용액에, 화학식으로 표시되고 유리 전이 온도 80 ℃, 네마틱 액정화 온도 100 내지 290 ℃인 액정성 열가소성 수지 10부를 용해하고, 캐스팅법으로 두께가 50 ㎛인 투명 수지 필름을 만들고, 이것을 185 ℃에서 3배로 연신 처리한 뒤 급냉하여, 굴절률차 △n1이 0.230이고, △n2가 0.029인 복굴절성 필름을 얻었다.
상기 복굴절성 필름은 노르보르넨계 수지로 만들어진 투명 필름 중에 액정성 열가소성 수지가 연신 방향으로 타원형이고 거의 동일한 형상의 도메인 상으로 분산 함유된 것으로, 그 도메인의 평균 직경을 편광 현미경 관찰시 위상차에 의한 착색에 준하여 측정한 결과 △n1방향의 평균 길이는 5 ㎛이고, 복굴절성 필름의 면내 평균 위상차를 분광법으로 측정한 결과 150 nm이었으며, 지연상 축과 △n1방향은 서로 평행이었다.
그 다음, 상기 복굴절성 필름과, 시판되는 전체 광선 투과율이 41%이고 투과광의 편광도가 99%인 편광판을 복굴절성 필름의 △n1방향과 편광판의 투과축이 평행이 되도록 아크릴계 점착층의 개재로 접착시켜 광시야각편광판을 얻었다.
이어서, 상기 광시야각편광판의 연신 필름을 내측으로 하고 그 △n2방향을 흑색 표시할 때의 편광방향에 대응하게 배열하고 아크릴계 점착층을 개재시켜 액정 셀에 접착시키고 셀의 다른 면에는 아크릴계 점착층을 개재한 편광판을 접착시켜 투과형 액정 표시 장치를 얻었다.
실시예 3
유리 전이 온도 150 ℃의 폴리카르보네이트 990부를 함유하는 20 중량%의 디클로로메탄 용액에, 화학식으로 표시되고 유리 전이 온도가 90 ℃이고 네마틱 액정화 온도가 120 내지 200 ℃인 액정성 열가소성 수지 10부를 용해하고 캐스팅법으로 두께가 70 ㎛인 투명 수지 필름을 만들고, 이것을 185 ℃에서 1.5배로 연신 처리한 뒤 급냉하여, 굴절률차 △n1이 0.151이고, △n2가 0.012인 복굴절성 필름을 얻었다.
상기 복굴절성 필름은 폴리카르보네이트 수지로 만들어진 투명 필름 중에 액정성 열가소성 수지가, 연신 방향으로 타원형이고 거의 동일한 형상의 도메인 상으로 분산된 것으로, 그 도메인의 평균 직경을 편광 현미경 관찰시 위상차에 의한 착색에 준하여 측정한 결과 △n1방향의 평균 길이는 6 ㎛이고, 복굴절성 필름의 면내 평균 위상차를 분광법으로 측정한 결과 150 nm이었으며, 지연상 축과 △n1방향은 서로 평행이었다. 이어서 상기 복굴절성 필름을 이용하여 실시예 1과 같이 광시야각편광판을 만들고, 그 다음 투과형 액정 표시 장치를 만들었다.
비교예 4
광시야각편광판 대신에 편광판만을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1에 따라 투과형 액정 표시 장치를 만들었다.
비교예 5
복굴절성 필름 대신에 투명 미립자를 함유하고 내면 평균 위상차가 5 nm인 광확산판을 이용하여 확산 편광판을 만들고, 이것을 광시야각편광판 대신에 사용한 것을 제외하고는 실시예 1에 따라 투과형 액정 표시 장치를 만들었다.
비교예 6
복굴절성 필름으로 폴리카르보네이트로 이루어지고 내면 평균 위상차가 120nm인 일축 연신 필름을 이용한 타원형 편광판을 만들고, 이것을 광시야각편광판 대신에 이용한 것을 제외하고는 실시예 1에 따라 투과형 액정 표시 장치를 만들었다.
평가 시험
실시예, 비교예에서 얻은 액정 표시 장치를 그 편광판(광범위 시야각) 측을 시각 인식측으로 하여 백 라이트 상에 배치하고, 콘트라스트, 표시상의 흐림, 광의 확산성과 시야각의 넓이를 양호, 보통, 불량의 3 단계로 평가하였다.
그 결과를 표 2에 나타내었다.
| 실시예 번호 | 콘트라스트 | 표시상의 흐림 | 광 확산성 | 시야각의 넓이 |
| 실시예 1 | 양호 | 양호 | 양호 | 양호 |
| 실시예 2 | 양호 | 양호 | 양호 | 양호 |
| 비교예 1 | 양호 | 양호 | 불량 | 불량 |
| 비교예 2 | 불량 | 불량 | 양호 | 보통 |
| 비교예 3 | 양호 | 양호 | 불량 | 양호 |
표 2로부터 실시예 1, 2는 콘트라스트의 저하나 표시상의 흐림을 발생하는 일이 없고, 광이 양호하게 확산되어 넓은 시야각이 달성된다는 것을 알 수 있었다.
본 발명에 따라, 지연 상축이 편광판의 투과축에 평행하도록 예정된 평균 위상차를 갖는 복굴절성 필름의 배열이 복굴절성 필름의 위상차에 의해 영향을 받지 않으면서 편광판에 대해 수직정방향으로 밝기나 콘트라스트의 저하를 억제시켜 주며 복굴절성 필름의 위상차가 블랙 표시(black display)동안에 비스듬히 보았을때 액정셀의 복굴절성에 의해 직선 편광의 상태 변화 및 직선 편광과 편광판의 흡수축사이의 직교관계의 뚜렷한 이탈을 보상토록 하여 계조 반전 또는 콘트라스트 저하를 억제하여 줄 뿐만 아니라 산란 및 분산에 의해 얻어진 양호한 시각인식성과 시야각을 갖는 화이트 표시(white display)를 제공한다.
Claims (6)
- 복굴절성 필름이 미소영역이 분산 함유되어 있는 투명 수지 필름을 포함하고, 직선편광이 최대 투과율을 나타내는 축방향을 △n2방향, △n2방향의 미소영역과 다른 부분사이의 굴절율차를 △n2, △n2방향과 직교하는 방향을 △n1방향, △n1방향의 미소영역과 다른 부분사이의 굴절율차를 △n1이라고 했을때 △n2는 0.03 이하이고 △n1는 △n2보다 크다는 조건식에 따르며, 복굴절성 필름의 △n1방향 및 지연상축과 편광판의 투과축은 서로 평행임을 특징으로 하는, 편광판과 면내 평균 위상차가 50㎚ 내지 200㎚인 복굴절성 필름의 적층체를 포함한 광시야각편광판.
- 제1항에 있어서, 미소영역이 액정성 열가소성 수지로 구성되는 광시야각편광판.
- 제2항에 있어서, 액정성 열가소성 수지가 50℃ 이상의 유리 전이 온도를 나타내고 투명수지 필름을 형성하는 수지의 유리 전이 온도보다 낮은 온도 범위에서 네마틱 액정상인 광시야각편광판.
- 액정셀의 한쪽면 또는 양면에 제 2항에 따른 광시야각편광판이 설정되어 있는 액정 표시 장치.
- 제4항에 있어서, 편광판과 복굴절성 필름이 액정셀에 결합되어 있고 편광판, 복굴절성 필름과 액정셀사이에 아크릴계 접착층이 개재하고 있으며 복굴절성 필름이 내측으로 되어 편광판과 액정셀사이에 위치하는 액정 표시 장치.
- 제4항에 있어서, 시각 인식 측면에 방현층(glare protective layer) 또는 반사방지층이 설정되어 있는 액정 표시 장치.
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