KR20000076613A - 광학 필름, 광학 부재 및 광학 소자 - Google Patents

광학 필름, 광학 부재 및 광학 소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선형 편광의 산란에서 우수한 이방성을 갖고, 제조가 용이하며, 열 안정성이 탁월한 실용적인 광학 필름, 이를 사용하는 광학 부재 및 광학 소자를 개시한다. 복굴절성 수지 필름 및 이 수지 필름에 분산 함유된 복굴절성 미세 영역을 포함하는 광학 필름으로서, 상기 미세 영역이 50℃ 이상의 유리 전이 온도를 갖고 수지 필름을 구성하는 수지의 유리 전이 온도보다 낮은 온도 범위에서 네마틱 액정상을 나타내는 열가소성 수지를 포함하고, 선형 편광이 최대 투과율을 갖는 축 방향에 대해 수직인 방향에서 수지 필름과 미세 영역 사이의 굴절률 편차(Δn1)는 0.03 이상이고, 상기 최대 투과율의 축 방향에서 굴절률 편차(Δn2)는 Δn1의 50% 이하이다. 광학 소자는 편광 필름 및 지연 필름 하나 이상과 상기 광학 필름을 1층 이상 포함하는 다층 구조물을 포함한다.

Description

광학 필름, 광학 부재 및 광학 소자{OPTICAL FILM, OPTICAL MEMBER AND OPTICAL ELEMENT}
본 발명은 선형 편광의 산란에서 우수한 이방성 및 우수한 열 안정성을 갖고, 감지력, 휘도, 내구성 및 액정 디스플레이 등의 다른 성능을 개선시키기 위해 적합한 광학 필름에 관한 것이다. 또한 본 발명은 광학 필름을 포함하는 광학 부재에 관한 것이다. 더욱이 본 발명은 광학 필름을 포함하는 광학 소자에 관한 것이다.
굴절률에서 이방성을 갖는 영역이 내부에 분산 함유된 매트릭스를 포함하고, 선형 편광의 산란에 대하여 이방성을 나타내는 통상적인 광학 필름은 열가소성 수지 및 저분자량 액정의 조합물을 포함하는 필름, 저분자량 액정 및 저분자량의 광 가교 결합성 액정의 조합물을 포함하는 필름, 폴리에스테르 및 아크릴 수지 또는 폴리스티렌의 조합물을 포함하는 필름, 폴리(비닐 알콜) 및 저분자량 액정의 조합물을 포함하는 필름을 포함한다(참조:미국 특허 제 2,123,901 호, 국제 특허 공개 공보 제 WO 87/01822 호, 유럽 특허 제 050617 호, 국제 특허 공개 공보 제 WO 97/32224 호, 국제 특허 공개 공보 제 WO 97/41484 호 및 일본 특허 출원 제 JP-A-9-274108 호를 제시함). (본 원에서 사용된 용어 "JP-A" 는 "미심사 공개된 일본 특허 출원"을 의미한다)
상기 광학 필름은 예를 들면, 감지력, 휘도 및 이방성으로 산란하는 선형 편광의 특성에 기인하는 편광/분리 기능 및 광-확산 기능에 기초한 액정 디스플레이 등의 다른 성능을 개선시키기 위해 의도된 것이다. 그러나, 종래의 광학 필름은 이의 제조가 어렵고, 내열성과 같은 실용적인 용도에 요구되는 안정성이 불충분하다는 문제를 갖는다.
본 발명의 목적은 선형 편광의 산란에서 우수한 이방성을 갖고, 용이하게 제조될수 있으며 우수한 열 안정성을 갖는 실용적인 광학 필름을 제조하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 광학 필름을 포함하는 광학 부재를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 광학 필름을 포함하는 광학 소자를 제공하는 것이다.
발명의 요약
본 발명에 따른 광학 필름은 복굴절성 수지 필름 및 이 수지 필름에 분산 함유된 복굴절성 미세 영역을 포함하는 것으로, 상기 미세 영역이 50℃ 이상의 유리 전이 온도를 갖고, 상기 수지 필름을 구성하는 수지의 유리 전이 온도 보다 낮은 온도 범위에서 네마틱 액정상을 나타내는 열가소성 수지를 포함하고 선형 편광이 최대 투과율을 갖는 축방향과 수직인 방향에서 수지 필름과 미세 영역 사이의 굴절률 편차(Δn1)는 0.03 이상이고, 최대 투과율 축방향에서의 굴절률 편차(Δn2)는 △n1의 50% 이하이다.
본 발명에 따른 광학 부재는 특정 층에 대한 Δn1방향이 인접 층에 대한 Δn1방향과 평행하도록 광학 필름을 2층 이상 포함한다.
본 발명에 따른 광학 소자는 편광판 및 지연 필름 하나 이상과 상기 광학 필름을 1층 이상 포함하는 다층 구조물을 포함한다.
본 발명에 따른 광학 필름은 산란시 하기의 우수한 이방성을 갖는다. 선형 편광이 최대 투과율(Δn2방향)을 갖는 축 방향에서, 선형 편광은 충분하게 이의 편광 상태를 유지하면서 광학 필름을 통과한다. Δn2방향에 수직인 방향(Δn1방향)에서, 선형 편광이 수지 필름과 미세 영역 사이의 굴절률 편차(Δn1)에 의해 산란함으로써 편광 상태가 감소되거나 제거된다.
더욱이, 미세 영역 및 미세 영역을 분산 함유하는 필름은 취급성이 우수한 수지로부터 형성되기 때문에, 광학 필름을 용이하게 제조할 수 있다. 수득된 광학 필름은 우수한 열 안정성을 갖고, 장기간에 걸쳐 광학 기능을 안정하게 유지하고, 실제 사용을 위한 우수한 적합성을 갖는다. 본 발명에 따라, 외관 또는 광학 특성, 예를 들면 80℃ 이상의 높은 온도에서도 산란 특성이 변하지 않는 광학 필름을 형성할 수 있다.
결과적으로, 광학 필름은 산란시 이방성에 기인하는 광학 필름의 편광 특성에 기초하여 흡수에 의한 광 손실 및 광 흡수에 의한 발열이 방지될 수 있고, 휘도 및 감지력 뿐만 아니라 광학 필름의 충분한 내열성에 의한 광학 기능의 열 안정성이 탁월하고 실용적 용도에 충분한 내열성을 갖는 액정 디스플레이를 수득하는데 사용될 수 있다.
도 1은 한 양태의 광학 필름의 단면도이다.
도 2는 다른 양태의 광학 필름의 단면도이다.
도 3은 한 양태의 광학 소자의 단면도이다.
도면의 주요부에 대한 부호의 설명 :
1, 11, 13, 15, 17 : 광학 필름
e: 미세 영역
2: 접착제 층
3: 광학 요소
본 발명에 따른 광학 필름은 복굴절성 수지 필름 및 이 수지 필름에 분산 함유된 복굴절성 미세 영역을 포함하는 것으로, 상기 미세 영역은 50℃ 이상의 유리 전이 온도를 갖고 상기 수지 필름을 구성하는 수지의 유리 전이 온도 보다 낮은 온도 범위에서 네마틱 액정상을 나타내는 열가소성 수지를 포함하고, 선형 편광이 최대 투과율을 갖는 축방향과 수직인 방향에서 수지 필름과 미세 영역 사이의 굴절률 편차(Δn1)는 0.03 이상이고, 최대 투과율 축방향에서의 굴절률 편차(Δn2)는 Δn1의 50% 이하이다.
도 1에 도시된 광학 필름의 양태에서, 참조 번호 1은 광학 필름이고 "e"는 복굴절성 미세 영역을 나타낸다. 참조 번호 2는 부착면에 광학 필름을 결합하기 위한 감압성 접착제 층으로 구성된 접착제 층을 나타내고, 참조 번호 21은 감압성 접착제 층을 임시로 피복한 분리기를 나타낸다.
광학 필름을 형성하는데, 예를 들면 하기 방법이 사용될 수 있다. 복굴절성 필름을 형성하기 위한 하나 이상의 수지를 미세 영역을 형성하기 위한 상기 하나 이상의 액정 열가소성 수지와 혼합한다. 이 혼합물로부터 미세 영역으로 열가소성 수지를 분산되게 함유하는 복굴절성 수지 필름을 형성한다. 이후, 미세 영역을 구성하는 열가소성 수지를 가열하여 네마틱 액정상으로 변환시키고, 상기 배열을 냉각시켜 고정시킨다.
복굴절성 수지 필름을 형성하기 위한 수지는 특별히 제한되지 않고, 배향의 복굴절성을 나타내는 적합한 투명 수지가 사용될 수 있다. 이의 예는 카보네이트 수지, 폴리에테르설폰 수지, 아릴레이트 수지, 폴리에스테르 수지, 아미드 수지, 이미드 수지, 설폰 수지, 폴리에테르에테르케톤 수지, 폴리(페닐렌 설파이드) 수지, 비닐 부티랄 수지, 폴리옥시메틸렌 수지 및 이들의 혼합물을 포함한다.
배향성 복굴절성 및 투과율을 향상시키는 특성의 관점에서 바람직한 수지는을 만족하는 고유의 복굴절률 Δn0을 갖고 가시광 영역에서 매우 투명하다. 내열성의 관점에서의 바람직한 수지는 80℃ 이상의 하중하 변형 온도(deformation-under-load temperature)를 갖고, 110℃ 이상, 바람직하게는 115℃ 이상, 보다 바람직하게는 120℃ 이상의 유리 전이 온도를 갖는다. 상기 관점 및 필름 강도, 취급성 등의 관점에서 바람직한 수지는 카보네이트 수지, 폴리에테르설폰 수지, 및 아릴레이트 수지를 포함한다. 하중하 변형 온도는 JIS K 7207 에 따라 18.5 kgf/cm2의 휨 응력을 가열욕에 위치시킨 높이 10mm의 시험편에 가하면서 가열 매질을 2℃/분의 속도로 가열하여 시험편을 가열시키는 시험을 통해 측정된다. 시험편의 하중하 변형 온도는 시험편의 편향치가 0.32mm에 이를 때의 가열 매질의 온도로 정의된다.
다른 한편으로, 미세 영역을 형성하는데 사용되는 열가소성 수지는 50℃ 이상의 유리 전이 온도를 갖고, 수지 필름을 구성하는 수지의 유리 전이 온도보다 낮은 온도 범위에서 네마틱 액정상을 나타내는 것이다. 이의 종류는 특별히 제한되지 않으나, 주쇄 또는 측쇄 유형 또는 상기 특성을 갖는 다른 유형의 적합한 액정 중합체가 사용될수 있다. 그러나, 8 이상, 바람직하게는 12 내지 2,000의 중합도를 갖는 액정 중합체는 입자 직경이 균일하고 열 안정성인 미세 영역을 갖는 미세 수지를 형성한다는 관점에서 바람직하다. 이의 예는 하기 화학식의 단량체 단위를 갖는 측쇄 유형의 액정 중합체를 포함한다.
상기식에서, X는 액정 중합체의 주쇄를 구성하는 골격 그룹이고, 선형, 분지형 또는 환형기와 같은 적합한 연결기에 의해 형성될 수 있다. 이의 예는 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리(α-할로아크릴레이트), 폴리(α-시아노아크릴레이트), 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메타크릴로니트릴, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리에테르, 폴리이미드 및 폴리실록산을 포함한다.
Y는 주쇄로부터 분지된 이격기이다. 굴절률을 조절하면서 광학 필름을 형성하는 관점 및 다른 관점에서, 이격기 Y의 바람직한 예는 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 펜틸렌 및 헥실렌을 포함한다. 특히 이들 중 바람직한 것은 에틸렌이다.
다른 한편으로, Z는 네마틱 배향 특성을 제공하는 메소제닉기이다. 이의 예는 하기 화학식의 그룹들을 포함한다.
상기 화학식의 그룹에서 말단 치환체 A는 시아노, 알킬, 알케닐, 알콕시 또는 옥사알킬기 또는 하나 이상의 수소 원자가 불소 또는 염소 원자로 치환된 알킬, 알콕시 또는 알케닐기와 같은 적합한 치환체일 수 있다.
상기 단량체 단위에서, 이격기 Y 및 메소제닉기 Z는 에테르 결합, -O-를 통해 결합될 수 있다. 더욱이, 메소제닉기 Z에 포함된 페닐기내에, 하나 또는 두 개의 수소 원자는 할로겐으로 치환될 수 있다. 이 경우에, 할로겐은 바람직하게는 염소 또는 불소이다.
네마틱 배향을 나타내는 측쇄 유형의 액정 중합체는 위에서 예시한 단량체 단위를 갖는 단독 중합체 또는 공중합체와 같은 임의의 적합한 열가소성 수지일 수 있다. 이들 중합체들 중 바람직한 것은 단일 도메인 배향에서 우수한 것이다.
광학 필름은 복굴절성 수지 필름 및 이 수지 필름을 형성하기 위한 수지의 유리 전이 온도보다 낮은 온도 범위내에서 네마틱 액정상을 나타내는 열가소성 수지의 조합물을 사용하여 형성되고, 50℃ 이상, 바람직하게는 60℃ 이상, 보다 바람직하게는 70℃ 이상의 유리 전이 온도를 갖는다. 두 수지는 바람직하게는 조합물로 사용되어, 수득되는 광학 필름내의 미세 영역의 균일 분포의 관점에서 상 분리를 거친다. 미세 영역의 분포는 적합한 정도의 상용성을 갖는 수지의 조합물을 선택함으로써 조절될 수 있다. 상 분리는 비상용성 물질들이 용매에 용해되어 이의 용액을 제조하는 방법 또는 비상용성 물질들을 가열에 의해 서로 용융-혼합하는 방법과 같은 적합한 기술에 의해 성취될 수 있다.
미세 영역으로서 액정 열가소성 수지를 분산하여 포함하는 복굴절성 수지 필름, 즉 배향된 필름은 캐스팅(casting), 압출 성형, 사출 성형, 압연, 또는 유동 캐스팅과 같은 적합한 기술에 의해서 수득할 수 있다. 또한, 단량체 혼합물을 스프레딩(spreading)하고, 상기 스프레딩 혼합물을 가열하고, 자외선과 같은 방사선을 조사함으로써 스프레딩 혼합물을 중합시킴으로써 필름을 수득하는 것이 가능하다. 매우 균일하게 분포된 미세 영역을 포함하는 광학 필름을 수득하는 관점 및 다른 관점에서, 바람직한 방법은 용매내에 수지의 혼합물의 용액을 사용하여 캐스팅, 유동 캐스팅 또는 다른 기술을 통해 이로부터 필름을 형성하는 것이다.
필름이 캐스팅, 유동 캐스팅 또는 다른 기술에 의해 형성되는 상기 경우, 미세 영역의 크기 및 분포는 용매의 종류, 수지 혼합물 용액의 점도, 스프레딩 수지 혼합물 용액 층의 건조 속도 등을 변화시킴으로써 조절될수 있다. 예를 들면, 미세 영역의 범위를 감소시키는 유리한 기술은 감소된 점도를 갖는 수지 혼합물 용액을 사용하거나 스프레딩 수지 혼합물 용액 층을 보다 신속한 속도로 건조시키는 것이다. 통상적으로 예를 들어, 상기 필름 형성 도중 일어나는 분자 배향의 결과로서 수지 필름에 복굴절성이 부여되지만, 연신과 같은 통상적인 배향 기술이 복굴절성을 부여하고 조절하기 위한 필요에 따라 수행될 수 있다.
배향된 필름의 두께는 적합하게 결정될 수 있다. 그러나, 배향 적성 등의 관점에서, 두께는 일반적으로는 1㎛ 내지 3㎜, 바람직하게는 5㎛ 내지 1㎜, 보다 바람직하게는 10 내지 500㎛이다. 필름 형성시, 분산제, 계면 활성제, 자외선 흡수제, 색조 조절제, 내화제, 박리제 및 항산화제와 같은 적합한 첨가제가 혼입될 수 있다.
미세 영역의 배향 처리는 예를 들면, 미세 영역으로서 내부에 분산 함유하는 액정 열가소성 수지가 용융하고 네마틱상을 나타내는 온도로 수지 필름을 가열하고, 배향-조절력의 영향 하에서 액정 수지의 분자를 배향하고, 필름을 급냉하여 배향된 상태를 고정시키는 것을 포함하는 방법으로 수행될 수 있다. 바람직하게는, 상기 배향된 상태는, 예를 들면 광학 특성의 요동을 제거한다는 관점에서 가능한한 단일 도메인 상태에 근접하다.
사용된 배향-조절력은 액정 열가소성 수지를 배향시킬 수 있는 적합한 힘일 수 있다. 이의 예는 일반적으로는 복굴절성 수지 필름을 구성하는 수지의 열 변형 온도 이하, 유리 전이 온도 이하의 온도에서 적합한 연신 비로 수지 필름을 연신함으로써 적용되는 연신력을 포함하고, 추가로 필름의 형성 도중 적용된 전단력, 전기장 및 자기장을 포함한다. 이러한 배향-조절력 중 하나 이상이 액정 열가소성 수지를 배향하는데 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 광학 필름은 복굴절성 수지 필름 매트릭스와 미세 영역을 구성하는 액정 열가소성 수지 사이의 굴절률 편차, Δn1및 Δn2에서 조절된다. 특히, 선형 편광이 최대 투과율을 갖는 축방향에 수직인 방향에서 두 수지 사이의 굴절률 편차(Δn1)는 0.03 이상이고, 최대-투과율 축 방향에서의 편차(Δn2)는 Δn1의 50% 이하이다. 이러한 굴절률 편차를 갖도록 광학 필름을 조절함으로써, 필름은 Δn1방향에서 탁월한 광 산란능 및, Δn2방향에서, 탁월한 편광 상태 유지능을 갖게할 수 있으며, 편향되지 않게 광을 투과시킬 수 있다.
산란 특성 등의 관점에서, Δn1방향에서의 굴절률의 편차(Δn1)는 적당한 크기를 갖는 것이 바람직하다. 특히, 굴절률 편차(Δn1)는 바람직하게는 0.04 내지 1, 보다 바람직하게는 0.045 내지 0.5이다. 다른 한편으로는, 편광 상태를 유지하는 관점 및 다른 관점에서, Δn2방향에서의 굴절률 편차(Δn2)는 가능한한 작은 것이 바람직하다. 특히, 굴절률 편차(Δn2)는 바람직하게는 0.03 이하, 보다 바람직하게는 0.02 이하, 가장 바람직하게는 0.01 이하이다.
결론적으로, 미세 영역의 배향 처리는 미세 영역을 구성하는 액정 열가소성 수지 분자가 주어진 방향으로 가능한한 정확히 배향하고, 그로인해 Δn1-방향 굴절률 편차가 증가하거나, Δn2-방향 굴절률 편차가 감소되거나, 양쪽 모두가 얻어지는 처리로서 간주될수 있다.
따라서, 굴절률 편차에 관한 요구 조건을 성취하는 관점에서, 광학 필름을 형성함에 있어, 통상의 조사선에 대해 복굴절성 수지 필름 형성용 수지의 굴절률이 미세 영역 형성용 액정 열가소성 수지의 굴절률과 가능한한 근접하고 특수한 조사선에 대해서는 상기 두 수지의 굴절률이 상당히 상이하도록, 복굴절성 수지 필름 형성용 수지 및 미세 영역 형성용 액정 열가소성 수지를 사용하는 것이 유리하다.
산란 효과 등의 균일성의 관점에서, 광학 필름의 미세 영역은 바람직하게는 가능한한 균일하게 분산되고 분포된다. 미세 영역의 크기, 특히 산란 방향인 Δn1방향에서의 길이는 후방 산란(반사) 및 파장 의존성과 관련된다. 광 이용의 효율성을 개선시키고, 파장 의존성으로 인한 착색을 방지하고, 감지력을 감소시키거나 명 표시능(bright displaying)을 손상시켜 미세 영역이 육안으로 관측되는 것을 방지하고, 만족할 만한 필름-형성 특성, 필름 강도 등을 얻는다는 관점에서, Δn1-방향 길이의 측면에서 미세 영역의 크기는 바람직하게는 0.05 내지 500㎛, 보다 바람직하게는 0.1 내지 250㎛, 가장 바람직하게는 1 내지 100㎛이다. 통상적으로 광학 필름에서 도메인으로서 존재하는 미세 영역의 Δn2-방향 길이는 특별히 제한되지 않는다.
광학 필름의 미세 영역의 비율이 Δn1-방향 산란 등의 관점에서 적절히 결정될 수 있지만, 만족할만한 필름 강도를 포함하는 다른 특성을 추가로 얻는다는 관점에서 일반적으로는 0.1 내지 70중량%, 바람직하게는 0.5 내지 50중량%, 보다 바람직하게는 1 내지 30중량%이다.
본 발명에 따른 광학 필름은 도 1에 도시된 바와 같은 단일 층(1)로서 사용될 수 있다. 다르게는, 광학 필름의 둘 이상의 층이 서로 중첩되어 광학 부재로서 사용될 수 있다. 광학 부재의 예가 도 2에서 도시되어 있으며, 도 2에서 참조 번호 11, 13, 15 및 17은 광학 필름을, 참조 번호 12, 14 및 16은 접착제 층을 나타낸다.
광학 필름의 중첩은 두께 증가로부터 기대되는 산란 효과보다 높은 상승적 산란 효과를 일으킬 수 있다. 광학 부재는 각각의 필름을 Δn1또는 Δn2방향에 대하여 바람직한 각도로 위치시키면서 광학 필름을 중첩시킴으로써 수득될 수 있다. 그러나, 산란 효과 등을 증진시킨다는 관점에서는 특정 필름 층에 대한 Δn1방향이 인접 층에 대한 Δn1방향에 평행하도록 필름을 중첩시키는 것이 바람직하다. 중첩된 광학 필름의 수는 2 이상이 적합할 수 있다.
중첩되는 광학 필름은 동일하거나 상이한 Δn1또는 Δn2값을 가질 수 있다. 예컨대, 인접층 사이의 Δn1방향에서의 평행에 대하여, 조작 오차에 의한 평행의 요동은 허용 가능하나, 고도의 평행성이 바람직하다. 예컨대, Δn1방향으로 요동을 갖는 층의 경우에는, 평행은 이러한 요동의 평균에 근거된다.
광학 부재에서 광학 필름은 단순한 적층 상태일 수 있다. 그러나, 광학 필름은 예를 들어, Δn1방향에서 필름 이동을 방지하고 외부 물질이 각 계면으로 들어오는 것을 방지하는 관점 및 다른 관점에서, 접착제 층 등을 통해 서로 결합하는 것이 바람직하다. 결합용으로, 적합한 접착제는 고온-용융 또는 감압성 접착제와 같은 것이 사용될 수 있다. 반사 손실 감소의 관점에서, 접착제 층의 굴절률이 광학 필름의 굴절률과 가능한한 근접한 것이 바람직하다. 또한 광학 필름은 그것을 구성하는 수지와 동일한 수지에 결합시킬 수 있다.
본 발명에 따른 광학 필름 및 광학 부재는 선형 편광의 투과/산란 특성에 근거한 편광 필름과 같은 편광을 형성하거나 조절하려는 목적의 다양한 적용에 사용될 수 있다. 예컨대, 광학 필름 또는 광학 부재가 편광 필름으로서 사용되는 경우, 위에서 기술한 바 대로 편광 형성 원리에서 다이크로익(dichroic) 흡수형 편광 필름 등과 상이하여 광을 잘 흡수하지 않기 때문에, 열화 또는 변형이 잘 일어나지 않는 이점이 있다. 추가로, 광학 필름 및 광학 부재는, 광학 필름 또는 광학 부재에 의해 산란되는 광이 다른 광학 요소를 사용하여 편광으로 전환된 후 재사용될 경우, 광 이용 효율의 개선 가능성이 있다.
따라서, 본 발명에 따른 광학 필름 또는 광학 부재는 예를 들어, 편광 필름 및/또는 지연 필름과 같은 적합한 광학 요소의 한 측면 또는 각 측면에 광학 필름층을 하나 이상 또는 광학 부재를 배열함으로써 형성되는 다층 구조를 포함하는 광학 소자로서도 실질적으로 사용될 수 있다. 광학 소자의 예는 도 3에 도시되어 있고, 여기서 참조 번호 3은 광학 요소를 나타낸다. 상기 다층 구조에서, 구성 요소들은 단순한 적층 상태일 수 있고 접착제 층 등을 통해 서로 결합될 수 있다. 상기 접착제 층에 대하여, 광학 필름의 중첩에서와 동일한 설명이 제공될 수 있다.
중첩될 수 있는 광학 요소에 대한 특정 제한 없이 적합한 요소가 사용될 수 있다. 이러한 예는 예를 들어, 다층 필름, 및 액정 셀을 포함하는 광 유도판, 반사판, 편광 격리판과 같은 편광 필름, 지연 필름, 백라이트를 포함한다. 편광 필름 및 지연 필름을 포함하는 이러한 광학 요소는 임의의 다양한 유형일 수 있다.
특히, 편광 필름의 예는 흡수형, 반사형, 및 산란형 편광 필름을 포함하나, 지연 필름의 예는 1/4 파장판(wavelength plate), 1/2 파장판, 일축 또는 이축 또는 기타 연신 필름을 포함하는 지연 필름, 경사 방향 즉 두께 방향에서도 분자 배향을 나타내는 필름을 포함하는 지연 필름, 액정 충합체를 포함하는 지연 필름, 관측각 또는 복굴절성에 의한 상 편차가 보정된 지연 필름, 및 서로 중첩된 둘 이상의 지연 필름을 포함한다. 이들 중 하나가 본 발명에 사용될 수 있다.
편광 필름의 특정 예는 요오드 또는 다이크로익 물질, 예를 들어 다이크로익 염료를 친수성 중합체 필름, 예를 들어 폴리(비닐 알콜) 필름, 외형을 부분적으로 전환시킨 폴리(비닐 알콜) 필름 또는 부분적으로 비누화된 에틸렌/비닐 아세테이트 공중합체의 필름과 같은 친수성 중합체 필름에 흡착시키고, 그후에 필름을 연신함으로써 수득되는 흡수형 편광 필름을 포함한다. 이들의 예로서 추가로 탈수된 폴리(비닐 알콜) 필름 및 탈염화수소화된 폴리(염화 비닐) 필름과 같은 배향된 폴리엔 필름을 포함한다.
편광 필름의 예는 추가로 상기 편광 필름 중 임의의 것을 포함하는 편광 필름 및 물 등에 대한 보호를 목적으로 이들의 한 측면 또는 각 측면에 형성된 투명 보호 층을 포함한다. 보호 층은 예를 들어, 플라스틱 피복층 또는 적층 필름 층일 수 있다. 투명 보호 층은 예를 들어, 평균 입자 직경이 0.5 내지 5μm인 투명한 미립자를 함유하고 있어, 편광 필름의 표면에 미세한 조도를 제공한다. 이러한 입자의 예는 실리카, 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 산화주석, 산화인듐, 산화카드뮴 및 산화안티몬 입자와 같은 전기 전도성일 수 있는 무기 미립자 및 가교결합된 또는 가교결합되지 않은 중합체로 제조된 무기 미립자를 포함한다.
반면에, 지연 필름의 특정 예는 광학 필름에 대하여 상기 열거된 임의의 수지로 제조되거나, 특히 꼬인 배열 형태의 액정 중합체로 제조된 연신 필름을 포함한다.
추가로, 광 유도판의 예는 투명한 수지판 및 이것의 측면 가장자리에 의해 배열되고, (냉각 또는 고온) 양극관과 같은 선 광원, 또는 하나 이상의 광 방출 다이오드 또는 ELs와 같은 광원 중의 하나를 포함하고, 수지판에 의해 투과된 광이 확산, 반사, 회절, 간섭 등을 통해 판의 한 측면으로부터 방출되는 구조를 갖는 광 유도판을 포함한다.
광 유도판을 포함하는 광학 소자를 제조하는데 있어서, 예를 들어 광 유도판의 상하 표면에 또는 이것의 측면 가장자리에 예비 결정된 위치의 필요에 따라 배열된 하나 이상의 보조 수단과 광 유도판의 적절한 조합으로 사용할 수 있다. 보조 수단의 예는 프리즘 시트 등을 포함하고 광의 방출 방향을 조절하는데 사용되는 프리즘 어레이 층, 평평한 조명을 수득하기 위한 확산판, 및 선 광원에 의해 방출된 광을 광 유도판의 측면 가장자리로 도입하기 위한 광원 홀더를 포함한다.
본 발명에 따른 광학 소자로 함유된 또는 광학 소자를 구성하는 다층 구조는 하나의 광학 요소 또는 둘 이상의 광학 요소를 함유할 수 있다. 다층 구조는 예를 들어 지연 필름과 동일한 종류의 둘 이상의 광학 요소를 함유하는 구조일 수 있다. 이 경우, 예를 들어 지연 필름과 동일한 종류의 상기 광학 요소는 동일하거나 상이한 특성을 가질 수 있다. 광학 소자에서, 광학 필름 또는 광학 부재는 예를 들어, 다층 구조의 외부의 한 측면 또는 각 측면 위에 또는 다층 구조에 함유된 광학 요소의 한 측면 또는 각 측면위에, 다층 구조의 외부 또는 내의 하나 이상의 적합한 위치로 배열될 수 있다.
광학 소자는 편광 필름을 함유하지만, 상기 편광 필름 및 광학 필름 또는 광학 부재는, 광학 필름 또는 광학 부재에 대한 Δn1또는 Δn2방향이 광학 필름의 투과/산란 특성을 효과적으로 이용하는 관점에서, 및 다른 관점에서, 편광 필름의 투과축과 평행한 위치에 바람직하게 배열된다. 상기 평행에 대하여, 상기 광학 필름 중첩의 경우에서와 동일한 설명이 제공될 수 있다.
광학 필름 또는 광학 부재에 대한 Δn1방향이 편광 필름의 투과축과 평행한 광학 소자에서, 편광 필름을 통하여 통과하는 선형 편광은, 따라서 Δn1방향에서 광학 필름 또는 광학 부재에 의해 산란될 수 있다. 결국, 이는 예를 들어 상기 광학 소자가 액정 셀쪽을 향하고 있는 편광 필름을 사용하여 관측 측면에 배열되도록 액정 디스플레이에 적용되는 경우, 관측각을 확대시키는데 효과적이다.
반면에, 광학 필름 또는 광학 부재에 대한 Δn2방향이 편광 필름의 투과축과 평행한 광학 소자에서, 편광 필름에 의해 흡수 가능한 선형 편광은, 따라서 Δn1방향에서 광학 필름 또는 광학 부재에 의해 산란될 수 있다. 결국, 이는 예를 들어 광이 편광 필름으로 들어가기 전에 광학 필름 또는 광학 부재에 들어가도록 상기 광학 소자가 배열될 경우, 편광 필름을 통해 통과하는 광의 양을 증가시키는데 효과적이다.
본 발명은 참고로 하기 실시예에 더욱 상세히 기재되어 있으나, 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것으로 해석 되어서는 안된다.
실시예 1
하중하 변형 온도가 135℃이고 유리 전이 온도가 145℃인 폴리카보네이트의 950 부(중량을 기준으로 한 요소; 이하 동일함)를 함유하는 20중량% 디클로로메탄 용액에, 유리 전이 온도가 70℃이고 100 내지 300℃의 온도 범위에서 네마틱 액정상을 나타내는 하기 화학식으로 표현되는 액정 열가소성 수지의 50 부를 용해시켰다. 상기 용액으로부터 캐스팅에 의해 100μm 두께의 필름이 수득되었다. 상기 필름을 150℃에서 2의 연신율로 연신시킨 후 신속히 냉각시켜 굴절률 편차(Δn1) 및 (Δn2)가 0.140 및 0.05인 광학 필름을 수득하였다.
폴리카보네이트 및 액정 열가소성 수지로 제조된 복굴절성 필름으로 구성된 상기 수득된 광학 필름은 연신 방향을 따라 연장된 거의 동일한 형태의 도메인으로서 산란하였다. 이러한 도메인의 평균 직경은 상 편차에 의한 착색에 근거된 편광 현미경을 사용하여 시험을 통해 결정되었다. 결과로, 이것의 Δn1방향 길이는 5μm로 관찰되었다.
실시예 2
실시예 1에서 수득된 광학 필름은 Δn1방향이 투과축에 부합되도록 20μm의 두께를 갖는 아크릴 감압성 접착제 층을 사용하여 41%의 총 광투과율 및 99%의 투과된 광 편광 정도를 갖는 시판중인 편광 필름과 결합하였다. 따라서 광학 소자가 수득되었다.
비교예 1
하중하 변형 온도가 65℃이고 유리 전이 온도가 80℃인 폴리(메틸 메타크릴레이트)의 300 부를 함유하는 18중량%의 디클로로메탄 용액에, 실온 이하의 유리 전이 온도를 갖고 20 내지 78℃ 온도 범위로 액정상을 나타내는(치소 코포레이션에 의해 제조된 GR-41) 시아노, 네마틱, 저분자량 액정의 100 부를 용해시켰다. 상기 용액으로부터 캐이싱에 의해 60μm 두께의 필름이 수득되었다. 상기 필름은 실온에서 1.2의 연신율로 연신되어 굴절률 편차(Δn1) 및 (Δn2)가 0.20 및 0.007인 광학 필름을 수득하였다.
폴리(메틸 메타크릴레이트) 및 시아노로 제조되고, 저분자량의 네마틱 액정인 필름으로 구성되는 상기 수득된 광학 필름은 불규칙한 형태의 도메인으로서 산란하였다. 상기 이유로, 도메인의 크기는 하기 방법으로 결정되었다. 우선, 산란된 광의 세기의 각의존성이 고니오 광도계로 측정되었다. 수득된 결과는 균일한 입자에 의한 산란에 대한 파장 광학 시물레이션 결과에 따라 계산하여 도메인의 크기에 근사시켰다. 결과로, 도메인의 Δn1방향 길이는 약 1μm임이 관찰되었다.
비교예 2
비교예 1에서 수득된 광학 필름은 Δn2방향이 투과축에 부합되도록 20μm의 두께를 갖는 아크릴 감압성 접착제 층을 사용하여, 41%의 총 광투과율 및 99%의 투과된 광 편광 정도를 갖는 시판중인 편광 필름과 결합하였다. 따라서, 광학 소자가 수득되었다.
평가 시험 1
실시예 1 및 비교예 1에서 수득된 각각의 광학 필름에 대하여, 연신 방향에 대해 평행 또는 수직으로 편광된 광을 실온 또는 90℃에서 조사시켜 산란에 대한 광을 육안으로 관찰하였다. 추가로, 연신 방향에 대해 평행 또는 수직으로 편광된 광을 실온에서 각각의 광학 필름에 조사시켜 ASTM D1003-61에 따라 헤이즈 미터를 사용하여 헤이즈값을 측정하였다. 수득된 결과가 아래 표 1에 제시된다. 산란에 대한 90℃에서의 시험 결과가 괄호안에 제시된다.
산란 헤이즈값
평행 방향 수직 방향 평행 방향 수직 방향
실시예 1 산란(산란) 투과(투과) 55 10
비교예 1 산란(투과) 투과(투과) 63 12
상기 표는 산란 특성이 편광의 방향에 따라 변하도록 각각의 광학 필름은 이방성을 가짐을 나타낸다. 추가로 상기 표는 실시예 1의 광학 필름은 고온에서도 이방성을 충분히 유지하지만, 비교예 1의 광학 필름은 고온에서 이방성을 나타내지 않음을 보여준다.
평가 시험 2
실시예 2 및 비교예 2에서 수득된 광학 소자 및 시판중인 요오드 함유 편광 필름을 투사기 램프(금속 할로겐 램프, 250W)의 광 방출 렌즈 가까이에 놓았다. 광학 소자의 광학 필름 측면이 램프쪽을 향하도록 광학 소자를 배열시켰다. 따라서 광학 소자 및 시판중인 편광 필름은 총 300시간 동안 조사되어 임의의 변화에 대해 육안으로 관찰하였다. 결과로, 시판중인 편광 필름은 레드로 상당한 색깔 변화 및 사용상 부적합한 수준의 변형이 있었으며, 또한 비교예 2의 광학 소자는 색깔 변화 및 상당한 변형이 있었다. 반대로, 실시예 2의 광학 소자에서는 아무런 변화도 관찰되지 않았다.
상기 수득된 결과는 본 발명에 따른 광학 필름 및 광학 소자가 편광방향에 따라 선형 편광된 입사광의 산란에서 상승된 이방성 및 우수한 열 안정성임을 나타낸다. 따라서, 광학 필름 및 광학 소자가 액정 디스플레이 등에 적용되는 경우, 감지력, 휘도, 내구성 및 이들의 다른 성능의 개선이 예상된다.

Claims (9)

  1. 복굴절성 수지 필름 및 이 수지 필름에 분산 함유된 복굴절성 미세 영역을 포함하되, 상기 미세 영역이 50℃ 이상의 유리 전이 온도를 갖고 수지 필름을 구성하는 수지의 유리 전이 온도보다 낮은 온도 범위에서 네마틱 액정상을 나타내는 열가소성 수지를 포함하고, 선형 편광이 최대 투과율을 갖는 축 방향에 대해 수직인 방향에서 수지 필름과 미세 영역 사이의 굴절률 편차(Δn1)가 0.03 이상이고, 상기 최대 투과율의 축 방향에서 굴절률 편차(Δn2)가 Δn1의 50% 이하인 광학 필름.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 분산 함유된 미세 영역이 상 분리에 의해 형성되는 광학 필름.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세 영역의 Δn1방향의 길이가 0.05 내지 500μm인 광학 필름.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세 영역의 Δn1방향의 길이가 1 내지 100μm인 광학 필름.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 수지 필름이 하중하 변형 온도(deformation-under-load temperature)가 80℃ 이상이고 유리 전이 온도가 110℃ 이상인 수지를 포함하는 광학 필름.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 네마틱 액정상을 나타내는 열가소성 수지가 8 이상의 중합도를 갖는 액정 중합체인 광학 필름.
  7. 임의의 층에 대한 Δn1방향이 인접 층에 대한 Δn1방향에 평행하도록 중첩되는 제 1 항의 광학 필름을 2층 이상 포함하는 광학 부재.
  8. 편광 필름 및 지연 필름 하나 이상과 제 1항의 광학 필름을 1층 이상 포함하는 다층 구조물을 포함하는 광학 소자.
  9. 제 8 항에 있어서,
    투과축이 광학 필름에 대한 Δn1방향 또는 Δn2방향과 평행한 편광 필름을 갖는 광학 소자.
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