KR20030031809A - 편광판의 제조방법 및 액정 표시 장치 - Google Patents

Abstract

높은 광 투과율과 높은 편광률을 양립시킨 편광판의 제조방법 및 액정 표시 장치를 제공한다.

폴리비닐알콜(PVA) 필름을 2색성의 성질을 갖는 요오드 또는 염료로 염색하고, 가교제에 의해 가교하고, 이들 중 어느 하나의 공정으로 롤을 이용하여 연신하여 편광광을 제조하는 방법에 있어서, 염색용액으로 상기 필름을 염색 후, 가교제를 포함하는 조로 가교시킬 때, PVA 성막 원재료로부터 염색 처리 후까지의 연신배율을 1.01∼4.5배의 범위로 하고, 그 후의 가교제를 포함하는 가교 처리조 이후의 적어도 1조 중에 요오드물을 4∼20중량% 포함시켜서 침지 처리하는 동시에, 가교 처리조 이후에 있어서의 연신배율을 3배 이하로 하고, 또한 PVA 성막 원재료로부터 최종 제품까지의 토탈 연신배율을 4.5∼8의 범위로 한다.

Description

편광판의 제조방법 및 액정 표시 장치{Method for manufacturing polarization plate, and liquid crystal display device}

본 발명은 액정 표시 장치(이하, LCD라고 약칭하는 경우가 있다)에 사용하는 편광판의 제조방법과 이것에 의해 얻어지는 편광판을 구비한 액정 표시 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 높은 광 투과율과 높은 편광률을 갖는 편광판의 제조방법 및 액정 표시 장치에 관한 것이다.

LCD는 퍼스널 컴퓨터 등에 사용되고 있고, 근래, 급격하게 증가하고 있다. LCD의 용도는 널리 확산되어 오고 있고, 근래 모니터 용도에도 사용되도록 되어 오고 있다.

편광판은 PVA 필름을 이색성(二色性)을 갖는 요오드 또는 염료로 염색한 후, 붕산이나 붕사 등으로 가교하여 편광판을 제조한다. 또, 염색공정 및 가교공정에서 일축 연신을 행하지만, 이 연신은 공정 중에 행해도 좋고, 그 공정의 전후에서 행해도 좋다. 염색공정 및 가교공정 후, 통상, 건조기 등을 이용하여 건조하고, 접착제를 이용하여 트리아세틸셀룰로오스(TAC) 필름 등의 보호층과 부착하여 제조된다.

그런데, 액정 표시 장치에 이용하는 편광판은 투과율과 편광도(율)를 함께높게 하는 것이 요청되고 있다. 즉, LCD 등의 표시장치에 사용되는 편광판은 투과율이 낮으면 편광도는 높게 되지만, 투과하는 광량이 감소하여 표시가 어두워진다. 역으로 투과율을 높게 하면, 편광도가 저하하여 콘트라스트가 악화하기 때문에, 고투과율, 고편광도의 특성을 갖는 편광판이 요구되고 있다.

그러나, 편광판의 투과율과 편광도(율)를 함께 높게 하는 것은 여러 가지 방책이 시도되어 왔지만, 용이한 것은 아니었다.

본 발명은 상기 종래의 문제를 해결하기 위해, 높은 광 투과율과 높은 편광률을 양립시킨 편광판의 제조방법 및 액정 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 편광판의 제조방법은 폴리비닐알콜(PVA) 필름을 2색성의 성질을 갖는 요오드 또는 염료로 염색하고, 가교제에 의해 가교하며, 이들 중 어느 하나의 공정으로 롤을 이용하여 연신하여 편광판을 제조하는 방법에 있어서, 2색성의 성질을 갖는 요오드 또는 염료를 포함하는 염색용액으로 상기 필름을 염색 후, 가교제를 포함하는 조로 가교시킬 때에, PVA 성막 원재료로부터 염색 처리 후까지의 연신배율이 1.01∼4.5배의 범위(단, 염색용액 중에 가교제가 들어간 경우도 염색에 포함한다)이고, 그 후의 가교제를 포함하는 가교 처리조 이후의 적어도 1조 중에 요오드화물을 4∼20중량% 포함시켜서 침지 처리하는 동시에, 가교 처리조 이후에서의 연신배율을 3배 이하로 하고, 또한, PVA 성막 원재료로부터 최종 제품가지의 토탈 연신배율을 4.5∼8배의 범위로하는 것을 특징으로 한다.

상기에 있어서, 「가교 처리조 이후」라는 것은 가교 처리조는 물론 포함하는 것 외에, 다른 조나 조 이외의 연신(예를 들면 편광자의 건조 중의 연신)도 포함한다. 또, 롤 연신이라는 것은 롤 사이에서 연신하는 경우 외에, 롤을 따라서 연신하는 경우도 포함한다.

상기 방법에 있어서는, 요오드화물이 요오드화 칼륨, 요오드화 수소, 요오드화 리튬, 요오드화 나트륨 및 요오드화 아연으로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물인 것이 바람직하다.

또 상기 방법에 있어서는 염색용액 온도가 20∼45℃의 범위인 것이 바람직하다.

또 상기 방법에 있어서는, 가교조 온도가 50∼70℃의 범위인 것이 바람직하다.

또 상기 방법에 있어서는, 가교제가 붕산 또는 붕사인 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서는, 상기의 방법에 의해서 제조된 편광판에 반사판 또는 반투과 반사판을 적층하고, 반사형 편광판 또는 반투과 반사판형 편광판을 형성할 수도 있다.

또 상기의 방법에 의해서 제조된 편광판에 위상차판 또는 λ판을 적층하고, 타원 또는 원 편광판을 형성할 수도 있다.

또 상기의 방법에 의해서 제조된 편광판에 시각 보상 필름을 적층하고, 편광판을 형성할 수도 있다.

또 상기 방법에 의해서 제조된 편광판에 접착제 또는 점착제를 통해서 휘도 향상 필름을 적층하여 편광판을 형성할 수도 있다.

다음에 본 발명의 액정 표시 장치는 상기의 방법에 의해서 제조된 편광판을 액정 셀의 적어도 한쪽에 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 편광판의 제조공정에 있어서, 편광판의 원재료인 PVA 필름을 팽윤, 염료, 연신, 가교, 건조 등의 공정을 거쳐서 편광기능을 갖는 편광자를 얻을 수 있고, 그 후, 그 편광자에 접착제 또는 점착제를 이용하여, TAC나 폴리에틸렌텔레프탈레이트(PET) 등의 필름을 보호층으로 접착하여 편광판을 얻는다.

편광자의 제조공정에 있어서, 팽윤, 염색, 연신, 가교의 4공정은, 공정의 순서는 특별히 규정되지 않고, 또 4공정을 각각 또는 조합하여 행해도 전혀 상관없다. 즉, 「연신공정」은 통상 「염색공정」및「가교공정」과 동시에 행해지는 경우가 많지만, 각각의 공정으로 행해도 좋다. 또, 염색공정과 가교공정도 동시에 행해도 좋다. 편광판은 상기 3공정 후, 건조를 행하고, 보호층이 되는 트리아세틸셀룰로오스(TAC) 필름이나, 폴리에틸렌계 수지나 폴리에틸렌텔레프탈레이트(PET) 필름 등의 필름, 폴리스틸렌계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리노르보르넨계 수지나 아크릴계 수지의 필름으로 투명한 필름을 한쪽 또는 양쪽에 부착하여 제조된다.

본 발명은, 2색성 성질을 갖는 요오드 함유의 염색용액으로 염색한 후의 연신배율(이하「전(前) 연신배율」이라고 한다)을 1.01∼4.5배의 범위로 한다. 「전 연신」에는 염색용액 전에 세정이나 팽윤, 습도 조절, 압연 등의 처리를 행하는 경우의 연신도 포함한다. 그 후의 가교 처리조 이후의 연신배율(이하「후(後) 연신배율」이라고 한다)을 3배 이하에서 행하고, 상기 전 연신배율과 후 연신배율의 합계의 토탈 연신배율을 4.5∼8배 이하로 하여 제조하는 것이다.

여기에서, 전 연신배율을 1.01∼4.5배의 범위로 하는 이유는, 염색 처리에 의한 필름의 늘어짐이나 주름의 발생도 없고, 또 연신의 얼룩도 적어지기 때문이다. 1.01배 미만에서는 필름이 늘어져 버려서 염색시에 그 부분이 염색 얼룩이 된다고 하는 문제가 있다. 또, 4.5배를 넘으면, 고투과율, 고편광도의 편광판을 얻기 어렵다. 전 연신배율은 1.5∼4.5배의 범위가 바람직하고, 고투과율, 고편광도의 편광판을 안정하게 얻기 위해서는, 2.0배 이상 4.0배 이하의 범위가 특히 바람직하다.

또, 후 연신배율을 3배 이하로 하는 이유는, PVA 중의 요오드의 배향이 좋고, 연신 필름의 절단이 일어나기 어렵기 때문이며, 3배를 넘으면 연신 중의 필름의 절단이 발생하기 쉽게 된다고 하는 문제가 있다.

이와 같이 해서 얻은 편광판은 고투과율 및 고편광도의 양쪽의 특성을 갖는다. 또, 염색용액 중에 가교제가 들어 있는 경우에는, 염색용액으로서 취급하고 가교조로서는 취급하지 않는다. 즉, 「전 연신」에 포함시킨다.

여기에서 말하는 가교 처리 이후의 연신배율(「후 연신배율」)이라는 것은 가교조 중에서만의 연신배율이 아닌, 예를 들면, 가교조 후에 수세조를 설치한 경우에는, 그 수세조 중의 연신배율도 포함하고, 또한, 편광자의 건조 처리가 있는 경우에는, 그 건조 처리 중의 연신배율도 포함한다. 결국, 가교조 이후의 편광자가제조될 때까지의 연신배율을 규정하는 것이다.

또, 토탈 연신배율이라는 것은 PVA 성막시의 원재료로부터 편광자가 제조될 때까지의 전체 연신배율이다. 토탈 연신배율이 8배를 넘으면, 연신 중에 PVA 필름의 절단이 발생하기 쉽게 되기 때문에, 품질면에서 바람직하지 않다. 한편, 토탈 연신배율이 4.5배 미만에서는 연신이 불충분하게 되어 고투과율, 고편광도의 편광판을 얻기 어려워진다. 특히, 토탈 연신배율을 5배 이상 7배 이하로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제조방법에서는, 염색 후의 가교제를 포함하는 가교 처리조 이후의 적어도 1조 중에 요오드물을 4∼20중량%, 바람직하게는 5∼15중량%, 특히 바람직하게는 5∼10중량% 포함시켜서 침지 처리한다. 폴리비닐알콜(PVA) 필름을 염색한 후, 가교제를 포함하는 가교 처리조 이후의 적어도 1조 중에 요오드화물을 4∼20중량% 포함시켜서 침지 처리함으로써, 광학 특성이 양호한, 즉 고투과율, 고편광도의 편광판을 얻을 수 있다. 그러나, 가교 처리조보다도 앞의 조 중에 요오드화물을 4∼20중량% 포함시켜서 침지 처리해도, 광학 특성이 양호한 편광판을 얻을 수 없기 때문에, 가교 처리 후에 요오드화물의 처리조를 설치하는 것이 중요하다.

따라서, 가교 처리 이후의 연신은 가교조 중에서 연신하는 방법, 가교 처리조 중에서 연신 후 또한 건조 처리 중에 연신하는 방법, 가교조의 뒤에 침지 처리조를 설치하여 침지 처리 중 혹은 그 후의 건조 처리 중에 또한 연신하는 방법 등, 다양한 방법을 적용할 수 있다. 고투과율, 고편광도의 편광판을 얻기 위해서는, 가교 처리조 이후의 조에서 침지 처리한 연신 필름을 또한 연신하는 등, 다수회 연신하는 방법이 바람직하다.

상기 요오드화물로서는 요오드화 리튬, 요오드화 나트륨, 요오드화 아연, 요오드화 알루미늄, 요오드화 납, 요오드화 구리, 요오드화 바륨, 요오드화 칼슘, 요오드화 주석, 요오드화 티탄 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 요오드화 칼륨, 요오드화 수소, 요오드화 리튬, 요오드화 나트륨 및 요오드화 아연으로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물인 것이 바람직하다. 특히, 요오드화 칼륨을 이용하는 것이 바람직하다. 이들 요오드화물은 각각 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다.

본 발명의 제조방법에서, 염색용액은 2색성의 성질을 갖는 요오드 또는 염료의 농도가 0.02wt% 이상의 조로 하는 것이 바람직하다. 통상, 0.02∼1.0wt% 의 조가 이용된다. 염색용액의 온도는 특별히 한정되지 않지만, 염색 얼룩의 발생을 방지하기 위해서는, 20∼45℃의 범위인 것이 바람직하다. 염색용액의 온도가 20℃ 미만에서는 PVA의 팽윤이 불충분하게 되기 쉽고, 내면에 팽윤 얼룩이 발생하기 때문에, 염색 얼룩이 되기 쉽고, 한편, 45℃를 넘으면, PVA의 팽윤이 높아져서 내면에서의 팽윤 얼룩이 발생한다든지, 부분적으로 PVA가 용해한다든지 하기 때문에, 염색 얼룩이 되기 쉽기 때문이다.

가교조는 통상 붕산이나 붕사 등의 가교제 농도가 0.1∼15wt%의 조가 이용된다. 가교조의 온도는 특별히 한정되지 않지만, 50∼70℃의 범위인 것이 바람직하다. 이 범위의 온도이면, 가교가 충분히 행해지는 동시에, 연신에 의한 PVA 필름의 파단도 생기기 어렵게 되기 때문이다.

편광자(편광 필름)의 한쪽 또는 양쪽에 설치하는 투명 보호층이 되는 보호필름 소재로서는 적당한 투명 필름을 이용할 수 있다. 그 폴리머의 예로서 트리아세틸셀룰로오스와 같이 아세테이트계 수지가 일반적으로 이용되지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.

편광 특성이나 내구성 등의 점에서 특히 바람직하게 이용할 수 있는 투명 보호 필름은 표면을 알칼리 등으로 비누화 처리한 트리아세틸셀룰로오스 필름이다. 또한 편광 필름의 양쪽에 투명 보호 필름을 설치하는 경우, 그 표리에서 다른 폴리머 등으로 이루어지는 투명 보호 필름을 이용해도 좋다.

보호층에 이용되는 투명 보호 필름은 본 발명의 목적을 손상하지 않는 한, 하드 코트 처리나 반사 방지 처리, 스티킹의 방지나 확산 내지 안티글래어 등을 목적으로 한 처리 등을 실시한 것이어도 좋다. 하드 코트 처리는 편광판 표면의 손상 방지 등을 목적으로 실시되는 것으로, 예를 들면, 실리콘계 등의 적당한 자외선 경화형 수지에 의한 경도나 슬라이딩성 등이 우수한 경화 피막을 투명 보호 필름의 표면에 부가하는 방식 등으로 형성할 수 있다.

한편, 반사 방지 처리는 편광판 표면에서의 외광의 반사 방지를 목적으로 실시되는 것으로, 종래에 준한 반사 방지막 등의 형성에 의해 달성할 수 있다. 또 스티킹 방지는 인접측과의 밀착 방지를 목적으로, 안티글래어 처리는 편광판의 표면에서 외광이 반사하여 편광판 투과광의 시인을 저해하는 것의 방지 등을 목적으로 실시되는 것으로, 예를 들면, 샌드블라스트 방식이나 엠보스 가공 방식 등에 의한 조면화 방식이나 투명 미립자의 배합 방식 등의 적당한 방식으로 투명 보호 필름의 표면에 미세 요철 구조를 부여함으로써 형성할 수 있다.

상기의 투명 미립자로는 예를 들면 평균 입경이 0.5∼20㎛인 실리카나 알루미늄, 티타니아나 지르코니아, 산화 주석이나 산화 인듐, 산화 카드뮴이나 산화 안티몬 등을 들 수 있고, 도전성을 갖는 무기계 미립자를 이용해도 좋고, 또 가교 또는 미가교의 폴리머 입상물(粒狀物) 등으로 이루어지는 유기계 미립자 등을 이용해도 좋다. 투명 미립자의 사용량은 투명 수지 100중량부당 2∼70중량부, 특히 5∼50중량부가 일반적이다.

투명 미립자 배합의 안티글래어층은 투명 보호층 그것으로서, 혹은 투명 보호층 표면으로의 도공층 등으로서 설치할 수 있다. 안티글래어층은 편광판 투과광을 확산하여 시각을 확대하기 위한 확산층(시각 보상 기능 등)을 겸하는 것이어도 좋다. 또한 상기한 반사 방지층이나 스티킹 방지층, 확산층이나 안티글래어층 등은 이들 층을 설치한 시트 등으로 이루어지는 광학층으로서 투명 보호층과는 별체의 것으로 설치할 수도 있다.

본 발명에서 편광자(편광 필름)와 보호층인 투명 보호 필름과의 접착처리는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 비닐알콜계 폴리머로 이루어지는 접착제, 혹은 붕산이나 붕사, 글루타르알데히드나 멜라민, 옥살산 등의 비닐알콜계 폴리머의 수용성 가교제로부터 적어도 이루어지는 접착제 등을 통해서 행할 수 있다. 특히, 폴리비닐알콜계 필름과의 접착성이 가장 양호하다는 점에서, 폴리비닐알콜계 접착제를 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 접착층은 수용액의 도포 건조층 등으로서 형성할 수 있지만, 그 수용액의 조제시에는 필요에 따라서 다른 첨가제나 산 등의 촉매도 배합할 수 있다.

본 발명에 의한 편광판은 실용시에 다른 광학층과 적층한 광학 부재로서 이용할 수 있다. 그 광학층에 대해서는 특별히 한정은 없지만, 예를 들면 반사판이나 반투과 반사판, 위상차판(1/2 파장판, 1/4 파장판 등의 λ판도 포함한다), 시각 보상 필름이나 휘도 향상 필름 등의 액정 표시 장치 등의 형성이 이용되는 경우가 있는 적당한 광학층의 1층 또는 2층 이상을 이용할 수 있고, 특히, 전술한 본 발명의 편광자와 보호층으로 이루어지는 편광판에 또한 반사판 또는 반투과 반사판이 적층되어 이루어지는 반사형 편광판 또는 반투과 반사판형 편광판, 전술한 본 발명의 편광자와 보호층으로 이루어지는 편광판에 또한 위상차판이 적층되어 있는 타원 또는 원 편광판, 전술한 본 발명의 편광자와 보호층으로 이루어지는 편광판에 또한 시각 보상 필름이 적층되어 있는 편광판, 혹은 전술한 본 발명의 편광자와 보호층으로 이루어지는 편광판에 또한 휘도 향상 필름이 적층되어 있는 편광판이 바람직하다.

상기의 반사판에 대해서 설명하면, 반사판은 그것을 편광판에 설치하여 반사형 편광판을 형성하기 위한 것으로, 반사형 편광판은 통상 액정 셀의 안쪽에 설치되고, 시인측(표시측)으로부터의 입사광을 반사시켜서 표시하는 타입의 액정 표시 장치 등을 형성할 수 있으며, 백라이트 등의 광원의 내장을 생략할 수 있어서 액정 표시 장치의 박형화를 꾀하기 쉽다는 등의 이점을 갖는다.

반사형 편광판의 형성은 필요에 따라서 상기한 투명 보호 필름 등을 통해서 편광판의 한쪽면에 금속 등으로 이루어지는 반사층을 부설하는 방식 등의 적당한 방식으로 행할 수 있다. 덧붙여 말하면 그 구체예로서는 필요에 따라서 매트 처리한 투명 보호 필름의 한쪽면에 알루미늄 등의 반사형 금속으로 이루어지는 박이나 증착막을 부설하여 반사층을 형성한 것 등을 들 수 있다.

또 미립자를 함유시켜서 표면 미세 요철 구조로 한 상기의 투명 보호 필름 상에 그 미세 요철 구조를 반영시킨 반사층을 갖는 반사형 편광판 등도 들 수 있다. 표면 미세 요철 구조의 반사층은 입사광을 난반사에 의해 확산시켜서 지향성이나 외관이 반짝이는 것을 방지하고, 명암의 얼룩을 억제할 수 있는 이점 등을 갖는다. 투명 보호 필름의 표면 미세 요철 구조를 반영시킨 미세 요철 구조의 반사층의 형성은 예를 들면 진공 증착 방식, 이온 플레이팅 방식, 스퍼터링 방식 등의 증착 방식이나 도금 방식 등의 적당한 방식으로 금속을 투명 보호 필름의 표면에 직접 부설하는 방법 등에 의해 행할 수 있다.

또 반사판은 상기한 편광판의 투명 보호 필름에 직접 부설하는 방식 대신에, 그 투명 보호 필름에 준한 적당한 필름에 반사층을 설치하여 이루어지는 반사 시트 등으로서 이용할 수도 있다. 반사판의 반사층은 통상, 금속으로 이루어지기 때문에, 그 반사면이 필름이나 편광판 등으로 피복된 상태의 사용 형태가 산화에 의한 반사율의 저하 방지, 더 나아가서는 초기 반사율의 장기 지속의 점이나 보호층의 별도 부설의 회피의 점 등에서 바람직하다.

또한, 반투과형 편광판은 상기에서 반사층을 광을 반사하고, 또한 투과하는 하프미러 등의 반투과형의 반사층으로 함으로써 얻을 수 있다. 반투과형 편광판은 통상 액정 셀의 안쪽에 설치되고, 액정 표시 장치 등을 비교적 밝은 분위기에서 사용하는 경우에는, 시인측(표시측)으로부터의 입사광을 반사시켜서 화상을 표시하고, 비교적 어두운 분위기에서는 반투과형 편광판의 백사이드에 내장되어 있는 백라이트 등의 내장 광원을 사용하여 화상을 표시하는 타입의 액정 표시 장치 등을 형성할 수 있다. 즉, 반투과형 편광판은 밝은 분위기 하에서는 백라이트 등의 광원 사용의 에너지를 절약할 수 있고, 비교적 어두운 분위기 하에서도 내장 광원을 이용하여 사용할 수 있는 타입의 액정 표시 장치 등의 형성에 유용하다.

다음에, 전술한 본 발명의 편광자와 보호층으로 이루어지는 편광판에 또한 위상차판이 적층되어 있는 타원 또는 원 편광판에 대해서 설명한다.

직접 편광을 타원 또는 원 편광으로 바꾼다든지, 타원 또는 원 편광을 직선 편광으로 바꾼다든지, 혹은 직선 편광의 편광 방향을 바꾸는 경우에, 위상차판 등이 이용되고, 특히 직선 편광을 타원 또는 원 편광으로 바꾼다든지, 타원 또는 원 편광을 직선 편광으로 바꾸는 위상차판으로서는, 말하자면 1/4 파장판(λ/4판이라고도 한다)이 이용된다. 1/2 파장판(λ/2판이라고도 한다)은 통상 직선 편광의 편광 방향을 바꾸는 경우에 이용된다.

타원 편광판은 STN형 액정 표시 장치의 액정층의 복굴절에 의해서 생긴 착색(청 또는 황)을 보상하고, 상기 착색이 없는 백흑 표시로 하는 경우 등에 유효하게 이용된다. 또한, 3차원의 굴절률을 제어한 것은 액정 표시 장치의 화면을 경사 방향에서 보았을 때에 생기는 착색도 보상(방지)할 수 있는 것이 바람직하다. 원 편광판은 예를 들면 화상이 컬러 표시가 되는 반사형 액정 표시 장치의 화상의 색조를 조절하는 경우 등에 유효하게 이용되고, 또 반사 방지의 기능도 갖는다.

덧붙여 말하면, 상기 위상차판의 구체예로서는, 폴리카보네이트나 포리비닐알콜, 폴리스틸렌이나 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리프로필렌이나 그 외의 폴리올레핀, 폴리아릴레이트나 폴리아미드와 같이 적당한 폴리머로 이루어지는 필름을 연신 처리하여 이루어지는 복굴절성 필름이나 액정 폴리머의 배향 필름, 액정 폴리머의 배향층을 필름으로 지지한 것 등을 들 수 있다. 또 경사 배향 필름으로서는 예를 들면 폴리머 필름에 열수축성 필름을 접착하여 가열에 의한 그 수축력의 작용 하에 폴리머 필름을 연신 처리 또는/ 및 수축 처리한 것이나 액정 폴리머를 경사 배향시킨 것 등을 들 수 있다.

다음에, 전술한 본 발명의 편광자와 보호층으로 이루어지는 편광판에 또한 시각 보상 필름이 적층되어 있는 편광판에 대해서 설명한다.

시각 보상 필름은 액정 표시 장치의 화면을 화면에 수직이 아닌, 약간 경사진 방향에서 화면을 본 경우에도 화상이 비교적 선명하게 보일 수 있도록 시각을 넓히기 위한 필름이다.

이와 같은 시각 보상 필름으로서는 트리아세틸셀룰로오스 필름 등에 디스코틱 액정을 도공한 것이나, 위상차판이 이용된다. 통상의 위상차판이 그 면방향에 일축으로 연신된 복굴절을 갖는 폴리머 필름이 이용되는 것에 반해서, 시각 보상 필름으로서 이용되는 위상차판은 면방향에 이축으로 연신된 복굴절을 갖는 폴리머 필름이라든가, 면방향에 일축으로 연신되어 두께 방향으로도 연신된 두께 방향의 굴절율을 제어한 경사 배향 폴리머 필름과 같은 2방향 연신 필름 등을 들 수 있다. 경사 배향 필름으로서는 전술한 바와 같이, 예를 들면 폴리머 필름에 열수축성 필름을 접착하여 가열에 의한 그 수축력의 작용 하에 폴리머 필름을 연신 처리 또는/및 수축 처리한 것이나 액정 폴리머를 경사 배향시킨 것 등을 들 수 있다. 위상차판의 소재 원료 폴리머는 앞의 위상차판에서 설명한 폴리머와 동일한 것이 이용된다.

전술한 본 발명의 편광자와 보호층으로 이루어지는 편광판에 휘도 향상 필름을 부착한 편광판은 통상 액정 셀의 안쪽 사이드에 설치되어 사용된다. 휘도 향상 필름은 액정 표시 장치 등의 백라이트나 안쪽으로부터의 반사 등에 의해 자연광이 입사하면 소정 편광축의 직선 편광 또는 소정 방향의 원 편광을 반사하고, 그 외의 광은 투과하는 특성을 나타내는 것으로, 휘도 향상 필름을 전술한 편광자와 보호층으로 이루어지는 편광판과 적층한 편광판은 백라이트 등의 광원으로부터의 광을 입사시켜서 소정 편광 상태의 투과광을 얻는 동시에, 상기 소정 편광 상태 이외의 광을 투과하지 않고 반사된다. 이 휘도 향상 필름 면에서 반사한 광을 또한 그 뒤쪽에 설치된 반사층 등을 통해서 반사시켜서 휘도 향상판에 재입사시키고, 그 일부 또는 전부를 소정 편광 상태의 광으로서 투과시켜서 휘도 향상 필름을 투과하는 광의 증량을 도모하는 동시에, 편광자에 흡수되기 어려운 편광을 공급하여 액정 화상 표시 등에 이용할 수 있는 광량의 증대를 도모함으로써, 휘도를 향상시킬 수 있다. 즉, 휘도 향상 필름을 사용하지 않고, 백라이트 등으로 액정 셀의 안쪽에서 편광자를 통해서 광을 입사한 경우에는, 편광자의 편광 축에 일치하지 않는 편광 방향을 갖는 광은 거의 편광자에 흡수되어 버려서 편광자를 투과하여 오지 않는다. 즉, 이용한 편광자의 특성에 의해서도 다르지만, 대개 50%의 광이 편광자에 흡수되어 버려서, 그만큼 액정 화상 표시 등에 이용할 수 있는 광량이 감소하여 화상이 어두워진다. 휘도 향상 필름은 편광자에 흡수되는 편광 방향을 갖는 광을 편광자에 입사시키지 않고, 휘도 향상 필름으로 일단 반사시키고, 또한 그 뒤쪽에 설치된 반사층 등을 통해서 반사시켜서 휘도 향상판에 재입사시키는 것을 반복하고, 그 양자 사이에서 반사, 반전하고 있는 광의 편광 방향이 편광자를 통과할 수 있도록 편광 방향이 된 편광을 휘도 향상 필름은 투과시키고, 편광자에 공급하기 때문에, 백라이트 등의 광을 효율적으로 액정 표시 장치의 화상의 표시에 사용할 수 있어서 화면을 밝게 할 수 있다.

상기의 휘도 향상 필름으로서는, 예를 들면 유전체의 다층 박막이나 굴절율 이방성이 상이한 박막 필름의 다층 적층체와 같이, 소정 편광 축의 직선 편광을 투과하여 다른 광은 반사하는 특성을 나타내는 것(3M사제「D-BEF」등), 콜레스테릭 액정층, 특히 콜레스테릭 액정 폴리머의 배향 필름이나 그 배향 액정층을 필름 기재 상에 지지한 것(닛토덴코사제「PCF350」, Merck사제「Transmax」)과 같이 좌회전 또는 우회전 중 어느 하나의 원 편광을 반사하고 다른 광은 투과하는 특성을 나타내는 것 등의 적당한 것을 이용할 수 있다.

따라서 상기한 소정 편광축의 직선 편광을 투과하는 타입의 휘도 향상 필름에서는 그 투과광을 그대로 편광판에 편광축을 따라서 입사시킴으로써 편광판에 의한 흡수 손실을 억제하면서 효율적으로 투과시킬 수 있다. 한편, 콜레스테릭 액정층과 같이 원 편광을 투과하는 타입의 휘도 향상 필름에서는 그대로 편광자에 입사시킬 수도 있지만, 흡수 손실을 억제한다는 점에서는 그 투과 원 편광을 위상차판을 통해서 직선 편광화하여 편광판에 입사시키는 것이 바람직하다. 덧붙여 말하면그 위상차판으로서 1/4 파장판을 이용함으로써, 원 편광을 직선 편광으로 변환할 수 있다.

가시광역 등의 넓은 파장 범위에서 1/4 파장판으로서 기능하는 위상차판은 예를 들면, 파장 550㎚의 광 등의 단색광에 대해서 1/4 파장판으로서 기능하는 위상차층과 다른 위상차 특성을 나타내는 위상차층, 예를 들면 1/2 파장판으로서 기능하는 위상차층을 중첩하는 방식 등에 의해 얻을 수 있다. 따라서 편광판과 휘도 향상 필름 사이에 배치하는 위상차판은 1층 또는 2층 이상의 위상차층으로 이루어지는 것으로 좋다.

또한, 콜레스테릭 액정층에 대해서도 반사파장이 상이하지만 조합하여 2층 또는 3층 이상 중첩한 배치 구조로 함으로써, 가시광역 등의 넓은 파장 범위에서 원 편광을 반사하는 것을 얻을 수 있고, 그것에 기초하여 넓은 파장 범위의 투과 원 편광을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 편광판은 상기한 편광 분리형 편광판과 같이 편광판과 2층 또는 3층 이상의 광학층을 적층한 것으로 이루어져도 좋다. 따라서 상기의 반사형 편광판이나 반투과형 편광판과 위상차판을 조합한 반사형 타원 편광판이나 반투과형 타원 편광판 등이어도 좋다. 2층 또는 3층 이상의 광학층을 적층한 광학부재는 액정 표시 장치 등의 제조과정에서 순서대로 개별적으로 적층하는 방식으로도 형성할 수 있지만, 미리 적층하여 광학부재로 한 것은 품질의 안정성이나 조립 작업성 등이 우수하여 액정 표시 장치 등의 제조 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다. 또 적층에는 점착층 등의 적당한 접착 수단을 이용할 수 있다.

본 발명에 의한 편광판이나 광학부재에는 액정 셀 등의 다른 부재와 접착하기 위한 점착층을 설치할 수도 있다. 그 점착층은 아크릴계 등의 종래에 준한 적당한 점착제로 형성할 수 있다. 특히, 흡습에 의한 발포 형상이나 박리 현상의 방지, 열팽창차 등에 의한 광학 특성의 저하나 액정 셀의 휨 방지, 더 나아가서는 고품질로 내구성이 우수한 액정 표시 장치의 형성성 등의 점에서, 흡습율이 낮고 내열성이 우수한 점착층인 것이 바람직하다. 또 미립자를 함유하여 광확산성을 나타내는 점착층 등으로 할 수도 있다. 점착층은 필요에 따라서 필요한 면에 설치하면 좋고, 예를 들면, 본 발명의 편광자와 보호층으로 이루어지는 편광판의 보호층에 대해서 언급하면, 필요에 따라서 보호층의 한쪽면 또는 양면에 점착층을 설치하면 좋다.

편광판이나 광학부재에 설치한 점착층이 표면에 노출되는 경우에는, 그 점착층을 실용으로 제공될 때까지의 사이, 오염 방지 등을 목적으로 세퍼레이터로 가착 커버하는 것이 바람직하다. 세퍼레이터는 상기의 투명 보호 필름 등에 준한 적당한 박엽체(薄葉體)에 필요에 따라서 실리콘계나 장쇄(長鎖) 알킬계, 플루오르계나 황화 몰리브덴 등의 적당한 박리제에 의한 박리 코트를 설치하는 방식 등에 의해 형성할 수 있다.

또한 상기의 편광판이나 광학부재를 형성하는 편광 필름이나 투명 보호 필름, 광학층이나 점착층 등의 각 층은, 예를 들면 살리실산 에스테르계 화합물이나 벤조페논계 화합물, 벤조트리아졸계 화합물이나 시아노아크릴레이트계 화합물, 니켈 착염계 화합물 등의 자외선 흡수제로 처리하는 방식 등의 적당한 방식에 의해 자외선 흡수능력을 갖게 한 것 등이어도 좋다.

본 발명에 의한 편광판은 액정 표시 장치 등의 각종 장치의 형성 등에 바람직하게 이용할 수 있다. 액정 표시 장치는 본 발명에 의한 편광판을 액정 셀의 한쪽 또는 양쪽에 배치하여 이루어지는 투과형이나 반사형, 혹은 투과·반사 겸용형 등의 종래에 준한 적당한 구조를 갖는 것으로서 형성할 수 있다. 따라서 액정 표시 장치를 형성하는 액정 셀은 임의로, 예를 들면 박막 트랜지스터형으로 대표되는 액티브 매트릭스 구동형의 것, 트위스트 네마틱형이나 슈퍼 트위스트 네마틱형으로 대표되는 단순 매트릭스 구동형의 것 등의 적당한 타입의 액정 셀을 이용한 것으로 좋다.

또 액정 셀의 양쪽에 편광판이나 광학부재를 설치하는 경우, 이들은 동일한 것이어도 좋고, 다른 것이어도 좋다. 또한 액정 표시 장치의 형성시에는 예를 들면, 프리즘 어레이 시트나 렌즈 어레이 시트, 광 확산판이나 백라이트 등의 적당한 품질을 적당한 위치에 1층 또는 2층 이상 배치할 수 있다.

<실시예>

이하 실시예 및 비교예를 이용하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.

(실시예 1)

큐라레제 PVA(9X75RS)를 이용하여 롤 연신을 행하였다. 1번째의 염색용액(요오드 농도 0.03wt%와 요오드화 칼륨 농도 0.5wt%의 수용액, 30℃)으로 연신배율 3배로 전 연신 후, 2번째의 가교조(붕산 농도 5wt%와 요오드화 칼륨 농도 8wt%의 수용액, 55℃) 조 내에서 2배로 후 연신하고, 건조 처리하였다. 토탈 연신배율은 6.0배로 하였다. 얻어진 편광자를 TAC(트리아세틸셀룰로오스) 필름과 PVA계 접착제를이용하여 부착하여 편광판을 제작하였다. 그 때의 투과율/편광도=44.1%/99.95%이었다.

(실시예 2)

큐라레제 PVA(9X75RS)를 이용하여 롤 연신을 행하였다. 1번째의 염색용액(요오드 농도 0.03wt%와 요오드화 칼륨 농도 0.3wt%의 수용액, 30℃)으로 연신배율 3배로 전 연신 후, 2번째의 가교조(붕산 농도 5wt%와 요오드화 칼륨 농도 10wt%의 수용액, 55℃) 조 내에서 1.33배로 후 연신하고, 그 후 1.5배 연신하고, 건조 처리하였다. 토탈 연신배율은 6.0배로 하였다. 얻어진 편광자를 TAC(트리아세틸셀룰로오스) 필름과 PVA계 접착제를 이용하여 부착하여 편광판을 제작하였다. 그 때의 투과율/편광도=44.0%/99.96%이었다.

(실시예 3)

큐라레제 PVA(9X75RS)를 이용하여 롤 연신을 행하였다. 1번째의 염색용액(요오드 농도 0.03wt%와 요오드화 칼륨 농도 0.3wt%의 수용액, 30℃)으로 연신배율 3배로 전 연신 후, 2번째의 가교조(붕산 5wt%의 수용액, 55℃) 조 내에서 2.0배로 연신하고, 3번째의 가교조(요오드화 칼륨 농도 10wt%의 수용액, 55℃)에 침지(1배)하고, 건조 처리 중에서 토탈 6.0배까지 연신하여 편광자를 제조하였다. 얻어진 편광자를 TAC(트리아세틸셀룰로오스) 필름과 PVA계 접착제를 이용하여 부착하여 편광판을 제작하였다. 그 때의 투과율/편광도=44.1%/99.95%이었다.

(비교예 1)

큐라레제 PVA(9X75RS)를 이용하여 롤 연신을 행하였다. 1번째의 염색용액(요오드 농도 0.03wt%와 요오드화 칼륨 농도 5wt%의 수용액, 30℃)으로 연신배율 5배로 전 연신한 후, 2번째의 가교조(붕산 농도 5wt%와 요오드화 칼륨 농도 1wt%의 수용액, 55℃) 조 내에서 1.04배 연신한 후, 1.15배 연신하고, 건조 처리하였다. 토탈 연신배율은 6.0배이었다. 얻어진 편광자를 TAC(트리아세틸셀룰로오스) 필름과 PVA계 접착제를 이용하여 부착하여 편광판을 제작하였다. 그 때의 투과율/편광도=44.0%/99.6%이었다.

(비교예 2)

큐라레제 PVA(9X75RS)를 이용하여 롤 연신을 행하였다. 1번째의 염색용액(요오드 농도 0.03wt%와 요오드화 칼륨 농도 5wt%의 수용액, 30℃)으로 연신배율 1.8배까지 전 연신한 후, 2번째의 가교조(붕산 농도 5wt%와 요오드화 칼륨 농도 1wt%의 수용액, 55℃) 조 내에서 3.22배 연신한 후, 1.04배 연신한 후, 건조 처리하였다. 토탈 연신배율은 6.0배이었다. 얻어진 편광자를 TAC(트리아세틸셀룰로오스) 필름과 PVA계 접착제를 이용하여 부착하여 편광판을 제작하였다. 그 때의 투과율/편광도=43.8%/99.6%이었다.

(비교예 3)

큐라레제 PVA(9X75RS)를 이용하여 롤 연신을 행하였다. 1번째의 염색용액(요오드 농도 0.03wt%와 요오드화 칼륨 농도 0.5wt%의 수용액, 30℃)으로 연신배율 3배로 전 연신 후, 2번째의 가교조(붕산 농도 5wt%와 요오드화 칼륨 농도 1wt%의 수용액, 55℃) 조 내에서 2배로 후 연신하고, 건조 처리하였다. 토탈 연신배율은 6.0배로 하였다. 얻어진 편광자를 TAC(트리아세틸셀룰로오스) 필름과 PVA계 접착제를이용하여 부착하여 편광판을 제작하였다. 그 때의 투과율/편광도=44.0%/99.58%이었다.

이상의 결과를 표 1에 나타낸다.

(표 1)

표 1에서 명확하게 알 수 있는 바와 같이, 침지 처리를 실시하면서 소정의 연신배율로 연신하여 제조한 본 발명의 편광판은 고투과율로 편광도도 높은 것을 알았다. 한편, 소정의 연신배율로 연신하고 있지 않은 경우(비교예 1, 2), 소정의 연신배율로 연신해도 침지 처리를 실시하지 않은 경우(비교예 3)에서는, 투과율과 편광도를 함께 만족하는 편광판은 얻을 수 없다. 비교예 1∼3과 실시예 1∼3의 단체 투과율과 편광도의 차이는 소수점 이하의 근소한 차이를 보이지만, 이 차이는 큰 차이이다. 그 차이를 확인할 수 있는 수치로서 편광도를 계산할 때에 이용하는 “평행 투과율”과 “직교 투과율”의 비를 취하면, 표 1에 나타내는 바와 같이,비교예와 실시예에서 큰 차이로서 확인할 수 있다. “평행 투과율”과“직교 투과율”의 비는 편광판의 콘트라스트로 볼 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 폴리비닐알콜(PVA) 필름을 2색성의 성질을 갖는 요오드 또는 염료로 염색하고, 가교제에 의해 가교하고, 이들 중 어느 하나의 공정으로 롤을 이용하여 연신하여 편광판을 제조하는 방법에 있어서, 2색성의 성질을 갖는 요오드 또는 염료를 포함하는 염색용액으로 상기 필름을 염색한 후, 가교제를 포함하는 조로 가교시킬 때, PVA 성막 원재료로부터 염색 처리 후까지의 연신배율이 1.01∼4.5배의 범위(단, 염색용액 중에 가교제가 들어간 경우도 염색에 포함한다)이고, 그 후의 가교제를 포함하는 가교 처리조 이후의 적어도 1조 중에 요오드화물을 4∼20중량% 포함시켜서 침지 처리하는 동시에, 가교 처리조 이후에 있어서의 연신배율을 3배 이하로 하고, 또한 PVA 성막 원재료로부터 최종 제품까지의 토탈 연신배율을 4.5∼8배의 범위로 함으로써, 높은 광 투과율과 높은 편광률을 양립시킨 편광판의 제조방법 및 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.

Claims (10)

1. 폴리비닐알콜(PVA) 필름을 2색성의 성질을 갖는 요오드 또는 염료로 염색하고, 가교제에 의해 가교하며, 또한 이들 중 어느 하나의 공정으로 롤을 이용하여 연신하여 편광판을 제조하는 방법에 있어서,

   2색성의 성질을 갖는 요오드 또는 염료를 포함하는 염색용액으로 상기 필름을 염색한 후, 가교제를 포함하는 조로 가교시킬 때,

   PVA 성막 원재료로부터 염색 처리 후까지의 연신배율이 1.01∼4.5배의 범위(단, 염색용액 중에 가교제가 들어간 경우도 염색에 포함한다)이고,

   그 후의 가교제를 포함하는 가교 처리조 이후의 적어도 1조 중에 요오드화물을 4∼20중량% 포함시켜서 침지 처리하는 동시에,

   가교 처리조 이후에서의 연신배율을 3배 이하로 하고,

   또한, PVA 성막 원재료로부터 최종 제품까지의 토탈 연신배율을 4.5∼8배의 범위로 하는 것을 특징으로 하는 편광판의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,

   요오드화물이 요오드화 칼륨, 요오드화 수소, 요오드화 리튬, 요오드화 나트륨 및 요오드화 아연으로부터 선택되는 것어도 하나의 화합물인 것을 특징으로 하는 편광판의 제조방법.
3. 제 1항에 있어서,

   염색용액 온도가 20∼45℃의 범위인 것을 특징으로 하는 편광판의 제조방법.
4. 제 1항에 있어서,

   가교조 온도가 50∼70℃의 범위인 것을 특징으로 하는 편광판의 제조방법.
5. 제 1항에 있어서,

   가교제가 붕산 또는 붕사인 것을 특징으로 하는 편광판의 제조방법.
6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해서 제조된 편광판에, 반사판 또는 반투과 반사판을 적층하여 반사형 편광판 또는 반투과 반사판형 편광판을 형성하는 것을 특징으로 하는 편광판의 제조방법.
7. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해서 제조된 편광판에, 위상차판 또는 λ판을 적층하여 타원 또는 원 편광판을 형성하는 것을 특징으로 하는 편광판의 제조방법.
8. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해서 제조된 편광판에, 시각 보상 필름을 적층하여 편광판을 형성하는 것을 특징으로 하는 편광판의 제조방법.
9. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해서 제조된 편광판에, 접착제 또는 점착제를 통해서 휘도 향상 필름을 적층하여 편광판을 형성하는 것을 특징으로 하는 편광판의 제조방법.
10. 청구항 1 내지 9에 기재된 방법에 의해서 제조된 편광판을 액정 셀의 적어도 한쪽에 구비한 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.