KR20040007341A - 장벽층을 갖는 네마틱 액정 보상체 및 이의 제조방법 - Google Patents

장벽층을 갖는 네마틱 액정 보상체 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 투명 중합체 지지체, 광-정렬층, 네마틱 액정을 포함하고 상기 지지체와 광-정렬층 사이에 위치하는 이방성 층, 및 불침투성 장벽층을 포함하는 액정 디스플레이용 광학 보상체에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 보상체의 제조방법을 제공한다.

Description

장벽층을 갖는 네마틱 액정 보상체 및 이의 제조방법{NEMATIC LIQUID CRYSTAL COMPENSATOR WITH BARRIER LAYER AND PROCESS}
본 발명은 투명 중합체 기재, 불침투성 장벽층, 광-정렬 배향층, 및 네마틱 액정을 포함하는 광학 이방성 층을 갖는 액정 디스플레이의 시인각 특성을 개선시키기 위한 광학 보상체에 관한 것이다.
오늘날 각종 정보표시분야에서의 액정 디스플레이(LCD)의 급격한 확장은 주로 디스플레이 품질의 개선에 기인한다. 콘트라스트(contrast), 칼라 재생 및 안정한 그레이 스케일 강도(gray scale intensity)는 액정 기술을 사용하는 전자 디스플레이에 있어서 중요한 품질특성이다. 액정 디스플레이를 제약하는 일차적 인자는 광이 액정 요소 또는 셀(cell)을 통해 누출되어 어둡거나 "검은" 화소상태로 되는 경향이다. 또한, 상기 누출 및 이에 따른 액정 디스플레이의 콘트라스트는 디스플레이 스크린이 시인되는 각에 의존한다. 전형적으로, 최적의 콘트라스트는 디스플레이에 대해 수직인 입사광 주위에 집중된 협소한 시인각의 범위내에서만 관측된다. 칼라 디스플레이에서 누출 문제는 콘트라스트를 열화시킬뿐만 아니라 칼라 재생의 연관된 열화로 칼라 또는 색조 변화를 유발한다. 흑색 상태 광 누출 이외에도, 전형적인 비틀린 네마틱 액정 디스플레이에서의 협소한 시인각 문제는 액정 물질의 광학 이방성으로 인해 시인각을 함수로 하는 명도-전압 곡선이 이동함으로써 보다 악화된다.
따라서, 상기 디스플레이의 품질을 측정하는 주요한 인자 중 하나는 상이한 시인각으로부터의 콘트라스트비 변화를 설명하는 시인각 특성이다. 시인각 변동폭이 넓은 경우에도 동일한 화상을 볼 수 있는 것이 바람직하며 액정 디스플레이 장치의 경우 상기 능력이 단점으로 지적되어 왔다. 시인각 특성을 개선시키는 방법 중 하나는 편광자와 액정 셀 사이에 적절한 광학 특성을 갖는, 이토(Ito) 등의 미국특허 제 5,583,679 호; 수가(Suga) 등의 미국특허 제 5,853,801 호; 코츠(Koch) 등의 미국특허 제 5,619,352 호; 판 드 비테(Van De Witte) 등의 미국특허 제5,978,055 호; 및 쉬타트(Schadt) 등의 미국특허 제 6,160,597 호에 개시된 것과 같은 보상체(보상체는 "보상필름", "위상차 필름" 또는 "위상체"라고도 함)를 삽입하는 것이다. 음(-)의 복굴절률을 갖는 원판형 액정을 기본으로 하는 이토 등의 미국특허 제 5,583,679 호 및 수가 등의 미국특허 제 5,853,801 호에 따른 보상필름이 폭넓게 사용되고 있다. 상기 보상필름은 넓은 시인각에 걸쳐 개선된 콘트라스트를 제공하지만, 사토(Satoh) 등에 따르면 양(+)의 복굴절률을 갖는 액정 물질로 제조된 보상체와 비교하여 그레이 수준 영상에 있어서 큰 칼라 변화 나타내는 단점이 있다[참조: "Comparison of nematic hybrid and discotic hybrid films as viewing angle compensator for NW-TN-LCDs", SID 2000 Digest, pp. 347-349, (2000)]. 칼라 변화도를 감소시키면서도 콘트라스트비에 있어서 대등한 성능을 성취하기 위한 대안 중 하나로 첸(Chen) 등의 문헌["Wide Viewing Angle Photoaligned Plastic Films", SID 99 Digest, pp. 98-101(1999)]에서 논의된 바와 같이 액정 셀의 각각의 면에 한 쌍의 교차된 액정 중합체 필름(LCP)을 사용하는 것이 있다. 상기 논문에서는 "제 2 LPP/LCP 위상차 필름은 제 1 LCP 위상차 필름의 상부에 직접 피복되므로 최종적인 넓은 시인 위상차 스택의 총두께가 단지 수 μ으로 얇다"라고 기술하고 있다. 상기 방법은 매우 치밀한 광학 성분을 제공하지만 이 방법의 문제점 중 하나는 2개의 층들을 교차시키는 것, 특히 연속적인 롤-대-롤 제작공정으로 교차시키는 것이다.
상기 보상필름은 유기용매로부터의 정렬층 및 이방성 액정 물질을 투명 플라스틱 기재에 피복시킴으로써 제조된다. 정렬층을 피복시키는데 사용된 용매는 지지체의 어택제(attack agent) 또는 팽윤제로서의 기능도 갖는다. 이는 기재내에 저분자량 물질, 예를 들어 중합체, 가소화제 및 염료가 지지체로부터 추출된 다음, 정렬층 피복물과 상호혼합되도록 한다. 두 층의 상호혼합 또는 상호확산은, 특히 액정층이 네마틱 또는 양(+)의 복굴절율을 갖는 액정인 경우, 액정층의 불량한 정렬을 야기하는 정렬 공정 동안의 정렬로부터 방지한다. 교차된 편광기를 통해 시인하는 경우, 상기 불량한 정렬은 불량한 콘트라스트 또는 상이한 명암 상태를 초래한다. 또한, 정렬층의 용매 피복은 지지체 물질로서 트리아세틸 셀룰로즈(또는 트리아세테이트 셀룰로즈)와 같은 물질을 사용할 때 상기 지지체에서의 바람직하지 않은 컬링(curling) 현상을 발생시킨다. 또한, 지지체와 정렬층 사이의 원치않는 상호작용이 발생하는 경우, 피복물 내의 기포 또는 공극과 같은 기타 결함이 관찰될 수 있다.
미국특허 제 5,583,679 호, 제 6,061,113 호 및 제 6,081,312 호는 정렬층 및 원판형의 액정 물질을 포함하는 광학 이방성 층의 지지체에 대한 접착력을 개선시키기 위해 서빙층(subbing layer) 또는 언더코트층(undercoat layer)을 사용함을 기술하고 있다.
액정 디스플레이, 특히 비틀린 네마틱(TN), 초비틀린 네마틸(STN), 광학적으로 보상된 벤드(Optically Compensated Bend), 평면내 스위칭(IPS) 또는 수직 정렬(VA) 액정 디스플레이의 시인각 특성이 확장되고, 용이하게 제조되며 지지체에서의 원치않는 컬링현상을 발생시키지 않고, 정렬층의 정렬능을 개선시키는 광학 보상체를 제공하는 것이 해결해야할 과제이다. 상기 다양한 액정 디스플레이 기술은 코츠 등의 미국특허 제 5,619,352 호, 보스(Bos) 등의 제 5,410,422 호 및 클럭(Clerc) 등의 제 4,701,028 호에서 논의되고 있다.
액정 디스플레이 기술의 발전에도 불구하고, 개선된 시인 품질을 나타내는 보상체가 여전히 요구되고 있다.
본 발명은 투명 중합체 지지체, 광-정렬층, 네마틱 액정을 포함하고 상기 지지체와 광-정렬층 사이에 위치하는 이방성 층, 및 불침투성 장벽층을 포함하는 액정 디스플레이용 광학 보상체를 제공한다. 또한, 본 발명은 상기 보상체의 제조공정을 제공한다.
광학 보상체는 개선된 시인 품질을 나타낸다. 상기 광학 보상체는 비틀린 네마틱(TN), 초비틀린 네마틱(STN), 광학적으로 보상된 벤드(OCB), 평면내 스위칭(IPS) 및 수직 정렬(VA) 액정 디스플레이와 같은 액정 디스프레이의 시인각 특성을 확장시키고, 용이하게 제조되며, 지지체에서의 원치않는 컬링현상을 발생시키지 않으며 정렬층의 정렬능을 개선시킨다.
도 1은 본 발명의 방법에 따라 제조된 보상체의 횡단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 방법에 따라 제조된 각종 실시양태의 횡단면도이다.
도 3은 본 발명에 따르는 보상체를 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따라 제조한 보상체와 결합된 액정 디스플레이를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따르는 보상체의 롤-대-롤 제작방법을 도시한 것이다.
액정 디스플레이용 광학 보상체에 관한 본 발명의 요약은 전술한 바와 같다. "불침투성"이란 용어는, 장벽층이 보상체의 광학 특성에 불리한 영향을 끼칠 수 있는 성분의 지지체로부터 배향층 및/또는 이방성 층으로의 통행을 실질적으로 방지하거나, 지지체의 치수 안정성에 불리한 영향을 끼치는 배향층에서의 피복 용매의 지지체로의 통행을 방지하는데 효과적임을 의미한다. 본 발명은 하기에 도면을 참조로 하여 보다 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따르는 광학 보상체(5)의 횡단면도를 도시한 것이다. 이러한 보상체는 유리 또는 중합체와 같은 투명한 물질로 이루어진 기재(10)를 포함한다. 본원에서 "기재"라고 언급되는 것은 층이 단독으로 기립할 수 있고 다른 층들을 지지할 수 있도록 고체이고 기계적으로 강한 것이어야 한다. 전형적인 기재는 트리아세테이트 셀룰로즈(TAC), 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리설폰, 폴리에테르설폰 또는 기타 투명한 중합체로 제조되며 25 내지 500㎛의 두께를 갖는다. 기재(10)는 낮은 평면내 위상차, 바람직하게는 10nm 미만, 보다 바람직하게는 5nm 미만의 평면내 위상차를 갖는다. 일부 다른 경우, 상기 기재(10)는 15 내지 150nm의 큰 평면내 위상차를 나타낼 수 있다. 전형적으로, 기재(10)가 트리아세틸 셀룰로즈로 제조되는 경우 대략 -40 내지 -120nm의 평면외 위상을 갖는다. 이것은 보상체가 인가된 ON 전압으로 액정상태를 보상하도록 설계되는 경우 바람직한 특성이다. 위에서 논의한 평면내 위상은 수학식 (nx-ny)d의 절대값으로 정의되며 평면외 위상은 수학식 [nz-(nx+ny)/2-nz]d의 절대값으로 정의된다. 굴절률 nx 및 ny는 각각 기재의 평면에서 완속(slow and fast) 축에 따르는 굴절률이고, nz는 기재 두께 방향(Z축)에 따르는 굴절률이며 d는 기재 두께이다. 기재는 바람직하게는 연속적인 (롤링된) 필름 또는 웹 형태로 존재한다.
기재(10) 위에, 장벽층(60)이 도포되고, 층(60)의 상부에 배향층(20)이 배치되고, 층(20)의 상부에 이방성 네마틱 액정층(30)이 배치된다.
장벽층(60)은 케톤, 톨루엔, 알킬 아세테이트, 에테르 및 알콜을 포함하는 유기용매에 용해되지 않는 물질을 포함한다. 바람직하게는 장벽층은 수용성 중합체이고, 폴리비닐 알콜 및 이들의 공중합체, 겔라틴, 겔라틴 유도체, 카세인, 우뭇가사리, 나트륨 알지네이트, 녹말, 아크릴산 함유 중합체, 말레산 무수물 함유 중합체, 셀룰로즈 에스테르(예: 카복시메틸셀룰로즈, 하이드록시프로필 메틸 셀룰로즈) 및 폴리아크릴아미드를 포함하는 수용성 중합체이다. 겔라틴이 가장 바람직하다.
또한, 불침투성 장벽층은 가교제(예를 들어, 이소시아네이트, 알데히드, 비닐 설폰 물질, 아지리딘 및 멜라민 수지)의 첨가와 같은 공지된 방법에 의해 가교될 수 있다.
상기 불침투성 장벽층은 0.10 내지 5.5g/㎡, 바람직하게는 0.55 내지 3g/㎡ 의 건조 적용범위으로 도포될 수 있다.
불침투성 장벽은 공지된 피복 기법에 의해 물로부터 투명 지지체에 도포된다. 종래의 기법에 의해 건조될 수 있다. 상기 물질로서 겔라틴을 사용하는 경우에는 지지체에 도포시킨 후 5 내지 20℃로 냉경시키면 추가의 개선점이 관찰된다.
계면활성제, 기타 수용성 중합체, 중합체 라텍스 및 중합체 분산액과 같은 아덴다(addenda)가 불침투성 장벽층에 첨가되어 상기 층의 피복 품질, 접착성 및 기타 특성을 개선시킬 수 있다. 불침투성 장벽층의 상부에 보조층이 추가로 도포되어 접착성을 개선시킬 수도 있다.
서빙층은 바람직하게는 투명 지지체 위에 형성되어 투명 지지체와 장벽층 사이의 결합력을 증가시킨다. 상기 서빙층은 피복법에 의해 투명 지지체 위에 형성된다. 서빙층을 도포하기 전에 지지체에 대해 임의의 표면 활성화 처리가 제공될 수 있다. 표면 활성화 처리는 화학 처리, 기계적 처리, 코로나 방전 처리, 화염 처리, UV 처리, 고주파 처리, 글로 방전 처리, 활성 플라스마 처리, 또는 오존 산화 처리를 포함한다. 서빙층으로서 공지된 물질의 예는 비닐 클로라이드, 비닐리덴 클로라이드, 부타디엔, 메타크릴산, 아크릴산, 이타콘산, 및 말레산 무수물로부터 유도된 공중합체; 폴리에틸렌이민; 에폭시 수지; 그래프팅된 겔라틴; 니트로셀룰로즈; 할로겐 함유 수지, 예를 들어 폴리비닐 브로마이드, 폴리비닐 플루오라이드, 폴리비닐 아세테이트, 염소화된 폴리에틸렌, 염소화된 폴리프로필렌, 브롬화된 폴리에틸렌, 염소화된 고무, 비닐 클로라이드/에틸렌 공중합체, 비닐 클로라이드/프로필렌 공중합체, 비닐 클로라이드/스티렌 공중합체, 이소부틸렌 클로라이드 함유 공중합체, 비닐 클로라이드/비닐리덴 클로라이드 공중합체, 비닐 클로라이드/스티렌/말레산 무수물 공중합체, 비닐 클로라이드/스티렌/아크릴로니트릴 공중합체, 비닐 클로라이드/부타디엔 공중합체, 비닐 클로라이드/이소프렌 공중합체, 비닐 클로라이드/염소화된 프로필렌 공중합체, 비닐 클로라이드/비닐리덴 클로라이드/비닐 아세테이트 공중합체, 비닐 클로라이드/아크릴산 에스테르 공중합체, 비닐 클로라이드/말레산 에스테르 공중합체, 비닐 클로라이드/메타크릴산 에스테르 공중합체, 비닐 클로라이드/아크릴로니트릴 공중합체, 내부적으로 가소화된 폴리(비닐 클로라이드), 비닐 클로라이드/비닐 아세테이트 공중합체, 폴리(비닐리덴 클로라이드),비닐리덴 클로라이드/메타크릴산 에스테르 공중합체, 비닐리덴 클로라이드/아크릴로니트릴 공중합체, 비닐리덴 클로라이드/아크릴산 에스테르 공중합체, 클로로에틸 비닐 에테르/아크릴산 에스테르 공중합체 및 폴리클로로프렌; 알파-올레핀 중합체, 예를 들어 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부텐, 폴리-3-메틸부텐 및 폴리-1,2-부타디엔; 공중합체, 예를 들어 에틸렌/프로필렌 공중합체, 에틸렌/비닐 에테르 공중합체, 에틸렌/프로필렌/1,4-헥사디엔 공중합체, 에틸렌/비닐 아세테이트 공중합체, 1-부텐/프로필렌 공중합체 및 부타디엔/아크릴로니트릴 공중합체 및 상기 공중합체와 할로겐 함유 수지의 블랜드; 아크릴산 수지, 예를 들어 메틸아크릴레이트/아크릴로니트릴 공중합체, 에틸 아크릴레이트/스티렌 공중합체, 메틸 메타크릴레이트/아크릴로니트릴 공중합체, 폴리(메틸 메타크릴레이트), 메틸 메타크릴레이트/스티렌 공중합체, 부틸 메타크릴레이트/스티렌 공중합체, 폴리메틸 아크릴레이트, 폴리메틸 알파-클로로아크릴레이트, 폴리메톡시에틸 아크릴레이트, 폴리글리시딜아크릴레이트, 폴리부틸 아크릴레이트, 폴리메틸 아크릴레이트, 폴리에틸 아크릴레이트, 아크릴산/부틸 아크릴레이트 공중합체, 아크릴산 에스테르/부타디엔/스티렌 공중합체, 및 메타크릴산 에스테르/부타디엔/스티렌 공중합체; 스티렌, 예를 들어 폴리스티렌, 폴리 알파-메틸스티렌, 스티렌/디메틸/푸마레이트 공중합체, 스티렌/말레산 무수물 공중합체, 스티렌/부타디엔 공중합체, 스티렌/부타디엔/아크릴로니트릴 공중합체, 폴리(2,6-디메틸페닐렌옥사이드) 및 스티렌/아크릴로니트릴 공중합체와 같은 스티렌의 수지; 폴리비닐 카바졸; 폴리(p-크실렌); 폴리비닐 포르말; 폴리비닐 아세탈; 폴리비닐 부티랄; 폴/비닐 프탈레이트; 셀룰로즈 트리아세테이트; 셀룰로즈 부티레이트; 셀룰로즈 프탈레이트; 나일론 6; 나일론 66; 나일론 12; 메톡시메틸-6-나일론; 나일론-6,10-폴리카프라미드; 폴리-N-부틸-나일론-6-폴리에틸렌 세바케이트; 폴리부틸렌 글루타레이트; 폴리헥사메틸렌 아디페이트; 폴리부틸렌 이소프탈레이트; 폴리에틸렌 테레프탈레이트; 폴리에틸렌 아디페이트; 폴리에틸렌 아디페이트 테레프탈레이트; 폴리에틸렌-2,6-나프탈레이트; 폴리디에틸렌 글리콜 테레프탈레이트; 폴리에틸렌옥시 벤조에이트; 비스페놀 A 이소프탈레이트; 폴리아크릴로니트릴; 비페닐 A 아디페이트; 폴리헥사메틸렌-m-벤젠설폰아미드; 폴리테트라메틸렌헥사메틸렌 카보네이트; 폴리디메틸 실록산; 폴리에틸렌 메틸렌-비스-4-페닐렌 카보네이트; 및 비스페놀 A 폴리카보네이트(예를 들어 문헌[E., H. Immergut "Polymer Handbook", Vol. IV. pages 187-231, Interscience Pub. New York, 1988]에 기술됨)로부터 유도된 공중합체를 포함한다. 또한, 친수성 및 소수성물질의 블랜드가 서빙층으로서 사용될 수 있다. 바람직한 서빙 물질은 셀룰로즈 니트레이트 및 겔라틴의 혼합물이다. 상기 혼합물에 사용되는 물질의 예는 수용성 중합체, 셀룰로즈 에스테르, 중합체 라텍스 및 수용성 폴리에스테르를 포함한다. 수용성 중합체용 물질의 예는 겔라틴, 겔라틴 유도체, 카세인, 우뭇가사리, 나트륨 알기네이트, 녹말, 폴리비닐 알콜, 아크릴산 함유 공중합체 및 말레산 무수물 함유 공중합체를 포함한다. 셀룰로즈 에스테르용 물질의 예는 카복시메틸셀룰로즈 및 하이드록시에틸셀룰로즈를 포함한다. 소수성 물질용 물질의 예는 비닐 클로라이드 함유 공중합체, 비닐리덴 클로라이드 함유 공중합체, 아크릴산 에스테르 함유 공중합체, 비닐 아세테이트 함유 공중합체 및 부타디엔 함유 공중합체와 같은 중합체 라텍스를 포함한다.
상기 서빙층은 표면 활성제, 정전기 방지제 및 안료를 추가로 포함할 수 있다.
배향층(20)은 광-정렬기법으로 배향될 수 있다. 광-배향가능한 물질은, 예를 들어 광이성체화 중합체, 광이량체화 중합체 및 광분해 중합체를 포함한다. 바람직한 양태에 있어서 광 배향가능한 물질은 미국특허 제 6,160,597 호에서 논의된 신남산 유도체이다. 상기 물질은 선형 편광된 UV 광을 선택적으로 조사함으로써 배향되고 동시에 가교될 수 있다.
상기 광-정렬 공정은 일반양도되고 동시특허출원된 미국 일련번호 제 84833 호에 기술된 바와 같은 장치를 사용하여 수행될 수 있으며, 상기 문헌은 본원의 참조문헌으로서 인용된다.
이방성 층(30)은 배향층(20)에 최초 배치되는 경우 네마틱 액정질 단량체이며 추가적인 UV 조사에 의해 가교되거나 열과 같은 기타 수단에 의해 중합된다. 바람직한 양태에 있어서, 이방성 층은 샤트(Schadt) 등의 미국특허 제 6,160,597 호 및 제 5,602,661 호에 개시된 바와 같은 양(+)의 복굴절률을 갖는 디아크릴레이트 또는 디에폭사이드 등의 물질을 함유한다. 이방성 층(30)에서의 광학축은 통상적으로 층 평면에 대해 경사져 있으며 두께 방향으로 변한다.
이방성 층은 또한 계면활성제, 광안정화제 및 UV 개시제 등의 아덴다를 함유할 수 있다. 상기 층에 유용한 계면활성제는 플루오로(메트)아크릴레이트 중합체와 같은 불소계 화학물질; 화학식 RfCH2CH2OOC-C17H35또는 (RfCH2CH2OOC)3C3H5O의 화합물[여기서, Rf는 CF3CF2(CF2CF2)x=2 내지 4이다]과 같은 플루오로텔로머, 화학식 RfCH2CH2O(CH2CH2O)yH의 화합물[여기서, Rf는 CF3CF2(CF2CF2)x=2 내지 4이다]과 같은 에톡실화 비이온성 불소계 화학물질, 및 플루오로실리콘; 폴리실록산과 같은 실리콘 계면활성제; 폴리옥시에틸렌-라우릴 에테르 계면활성제; 소르비탄 라우레이트; 팔미테이트; 및 스테아레이트를 포함하지만, 이로써 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 사용하기 위한 바람직한 계면활성제는 불소화 계면활성제이다. 이러한 계면활성제는 매우 낮은 농도에서 효과적이고 이들의 열적 화학적 안정성 때문에 바람직하다. 특히 바람직한 불소화 계면활성제는 중합체성 불소계 화학물질, 예를 들어 플루오로(메트)아크릴레이트, 및 에톡실화 비이온성 불소계 화학물질이다. 제한되는 것은 아니나, 플루오로(메트)아크릴레이트에 대한 시제품의 예는 Zonyl FSG(제조원: DuPont) 및 Modiper F-2020(제조원: NOF Corporation)을 포함한다. 제한되는 것은 아니나, 에톡실화 비이온성 불소계 화학물질에 대한 시제품의 예는 Zonyl FSN 및 Zonyl FSO(제조원: DuPont)를 포함한다.
상기 층에 유용한 UV 개시제는 벤조페논, 아세토페논 및 이들의 유도체; 벤조인, 벤조인 에테르, 벤질, 벤질 케탈, 플루오레논, 크산타논, 알파 및 베타 나프틸 카보닐 화합물 및 케톤과 같은 물질을 포함하지만, 이로써 한정되는 것은 아니다. 바람직한 개시제는 알파-하이드록시케톤이다.
본 발명에 따르는 이방성 층(30)은 액정 단량체와 혼화성이면서 85 내지 130℃의 평균비점을 갖는 유기용매 혼합물을 함유하는 액체 매질로부터 용이하게 도포된다. 평균비점은 혼합물 중에 함유된 용매의 가중평균비점으로서 정의된다. 85℃ 미만의 평균비점을 갖는 유기 혼합물의 경우에는 생성된 광학 이방성 층에 얼룩, 건조 대류 셀, 반발성 등의 피복물 결함이 형성될 경향이 높다. 대략 130℃를 초과하는 비점을 갖는 유기용매 혼합물의 경우에는 과도한 건조시간을 필요로 하게 된다. 유기용매는 바람직하게는 85 내지 120℃, 보다 바람직하게는 85 내지 110℃의 평균비점을 갖는다. 액정 중합체 층은 통상의 피복기술을 이용하여 5 내지 100cc/m2, 바람직하게는 10 내지 50cc/m2의 습식 적용범위로 도포될 수 있다. 광학 이방성 층의 건조 피복중량은 100 내지 10,000mg/m2, 바람직하게는 250 내지 2,000mg/m2의 범위일 수 있다.
이방성 층은 당해 층을 도포하는데 사용되는 피복용액의 점도를 증가시키는 중합체성 첨가제를 추가로 함유할 수 있다.
위에서 기술한 유형의 보상체는 바람직한 광학특성을 제공하지만, 예를 들어 비틀린 네마틱(TN) 액정 디스플레이(LCD)용 보상체와 같은 다수의 용도에서는 불충분하다.
도 2a는 제 1 이방성 층(30)의 상부에 제 2 배향층(40) 및 제 2 이방성 층(50)을 함유하는 본 발명의 보다 정교한 광학 보상체(6)를 도시한 것이다. 제 2 배향층(40) 및 제 2 이방성 층(50)은 배향방향이 변할 수 있는 것을 제외하고 제 1 배향층(20) 및 제 1 이방성 층(30)이 제조되는 것과 실질적으로 동일한 방식으로제조된다. 도 3에서는 XYZ 좌표계(80)로 나타내고 있다. X축 및 Y축은 기재(78)의 평면과 평행하며 Z축은 기재(78)의 평면과 수직이다. 각 　φ는 XY 평면내의 X축으로부터 측정되며 "방위각"이라 지칭된다. 각θ는 XY 평면으로부터 측정되며 "경사각"으로 지칭된다.
이방성 층 (30) 및 (50)의 각각에서 광학축은 가변 경사각 및 가변 방위각을 가질 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 이방성 층(30)에서 광학축(84)은θ 1내지θ 2범위의 Z축에 대한 가변 경사각(θ)을 갖는다. 또다른 예에서, 광학축(84)은 Z축에 대한 고정된 경사각θ(즉,θ 1=θ 2)을 갖는다. 또다른 예에서 광학축(84)은 XZ 평면과 같은 하나의 평면내에 포함되며, 결론적으로 Z축에 대한 고정된 방위각(φ)을 갖는다. 또다른 예에서는, 이방성 층(30)이 여전히 계면에서의 배향축에 의해 강제된 바람직한 방향에 따라 배향되지만, 광학축(84)은 Z축에 대한 가변 방위각(φ)을 갖는다. 광학축(84)의 방위각은 적정량의 키랄성 도판트를 이방성 층(30)에 부가함으로써 변경시킬 수 있다. 또다른 예에서, 광학축(84)은 가변 경사각θ및 Z축에 대한 가변 방위각(φ)을 갖는다. 상기 이방성 층(30)의 광학축(84)과 마찬가지로 이방성 층(50)의 광학축(86) 또한 고정된 경사각, 가변 경사각, 고정된 방위각, 가변 방위각 또는 가변 경사각 및 Z축에 대한 가변 방위각을 가질 수 있다. 이방성 층 (30) 및 (50)은 전형적으로는 상이한 광학축을 갖는다. 이방성 층(30)은 기재의 평면에 수직인 축에 대해 이방성 층(50)의 각각의 광학축에 비해 상대적으로 수직으로 위치되는 것이 바람직하다. 이방성 층(30)의 광학축이 기재의 평면과 수직인 축에 대해 이방성 층(50)의 각각의 (또는 상대의) 광학축에 비해 상대적으로 수직(또는 ±90°)인 것이 바람직하지만, 2개의 이방성 층들의 광학축들 사이의 각은 수직인 것으로 고려되는 85 내지 95°일 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
도 2a에 도시된 것보다 복잡한 층 구조물을 제작하기 위해서는 추가적인 배향층 및 이방성 층이 추가의 단계에서 적용되어야 한다.
도 2b는 제 2 배향층(40) 및 제 2 이방성 층(50)이 제 1 배향층(20) 및 제 1 이방성 층(30)으로부터의 기재의 반대쪽에 위치하고 제 2 장벽층(160)이 사용되는, 본 발명의 또다른 광학 보상체(7)를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 또다른 양태를 예시한다. 보상체(350)는 개략적인 공정도의 일부를 나타내는 도 5에 도시된 바와 같은 연속적인 롤-대-롤 기준으로 제작될 수 있다. 보상체(350)를 형성하기 위한 롤-대-롤 방법은, 예를 들어 압출 호퍼 피복법, 롤 피복법, 슬라이드 호퍼 피복법 또는 커튼 피복법 등의 공지 방법으로 용매 중의 배향가능한 물질을 이동 기재(310) 위에 피복시킴으로써 광-정렬 배향층(320)을 도포하는 단계; 상기 배향층(320)을 건조시키는 단계; 상기 배향층(320)을, 롤 이동 방향(92)에 대해 예비결정된 정렬방향(φ94)(도시할 목적으로 φ= 90으로 나타냄)으로 광 정렬(배향)시키는 단계; 용매 중의 중합가능한 물질을 포함하는 이방성 층(330)을 (전술한 바와 같이) 배향층(320) 위에 피복시키는 단계, 상기 이방성 층(330)을 건조시키는 단계, 및 상기 이방성 층(330)을 중합하여 보상체의 연속적인 웹을 형성하는 단계를 포함한다. 보다 명확하게 하기 위해도 5에서는 배향층(320)과 이방성 층(330)의 일부만을 도시하였다.
배향층은 광-정렬 기법에 의해 롤 이동 방향(92)에 대해 90°(φ=90°)의 방향(94)으로 정렬된다; 예를 들어, 배향층은 (90)으로 표시된 선형 편광 자외선(UV) 광에 노출된다. 이는, 시준되거나 시준되지 않을 수 있으나, 롤에 비추는 상기 광(90)의 주된 광선은 롤 이동 방향과 90°의 각을 형성한다.
도 4는 본 발명에 따르는 보상체(300)를 포함하는 액정 디스플레이(700)를 개략적으로 도시한 것이다. 도 4b에서 하나의 보상체(300)는 제 1 편광자(500)와 액정 셀(600) 사이에 위치되며 또다른 보상체(300)는 제 2 편광자(550)와 액정 셀(600) 사이에 위치된다. 액정 셀(600)은 비틀린 네마틱(TN), 초비틀린 네마틱(STN), 광학적으로 보상된 벤드(OCB), 평면내 스위칭(IPS) 또는 수직 정렬(VA) 방식으로 조작되는 것이 바람직하다. 편광자(550) 및 (500)은 교차 배열되거나 액정 셀의 조작 원리에 따라 평행할 수 있다. 보상체 중의 배향층은 제 1 편광자(500)에 대해 평행하거나, 수직이거나 또는 예비결정된 방향으로 배열될 수 있다. 액정 셀은 또한 하나의 편광자만을 요구하는 반사 방식으로 조작될 수 있다.
본 발명은 액정 디스플레이 장치를 포함하는 전자 화상화 장치와 함께 사용될 수 있다. 상기 조절능을 달성하는데 요구되는 에너지는 일반적으로 캐쏘드 광선관과 같은 여타의 디스플레이 형태로 사용되는 발광물질에 요구되는 것보다 훨씬 적다. 따라서, 액정 기술은 광량, 낮은 전력 소모 및 긴 조작수명이 중요한 특징인 디지털 시계, 계산기, 휴대용 컴퓨터, 전자오락기를 포함하는 다수의 용도에 사용되지만, 이로써 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 하기 비제한적 실시예를 통해 보다 구체적으로 예시된다.
실시예:
샘플 제조를 위해, 우선 트리아세틸 셀룰로즈 지지체(두께는 표에 나타냄)를 하기 조성의 서빙 용액으로 피복시켰다:
아세톤 70.16%
메탄올 27.17%
물 1.31%
이소프로판올 0.15%
셀룰로즈 니트레이트 0.35%
겔라틴 0.71%
살리실산 0.14%
상기 용액을 18.3g/㎡의 습식 적용범위로 TAC 지지체에 도포하였다. 여기에 0.01% 트리톤(Triton) TX-100 계면활성제를 사용한 표시된 불침투성 장벽의 용액을 도포하여 표시된 건조 적용범위를 수득하였다(표 1 참조). 상기 용액을 도포한 후, 피복된 지지체를 100℃에서 건조시켜 물을 제거하거나, 먼저 4℃에서 냉경시켜 상기 층을 겔화시킨 다음, 20 내지 60℃로 중간 건조시켰다.
불침투성 장벽층 상부에서 광-정렬층을 하기 용액으로 16.5g/㎡의 습식 적용범위로 피복시켰다.
스타얼라인(Staralign) 2110MEK(알파-하이드록시 케톤 광개시제를 갖는 2% 활성 폴리비닐 신나메이트 중합체)(제조사: 반티코(Vantico)) 23.30%
메틸 에틸 케톤 13.95%
사이클로헥사논 22.75%
n-프로필 아세테이트 40.00%
건조시켜 용매를 제거한 후, 샘플을 20°각도로 선형 편광 UVB광에 노출시켰다. 이어서, 상기 층을 디아크릴레이트 네마틱 액정 물질의 용액을 사용하여 9.33g/㎡의 습식 적용범위로 피복시키고 건조시켰다.
LCP CB483MEK(30% 활성 액정 예비중합체)(제조사: 반티코) 29.00%
톨루엔 62.00%
에틸 아세테이트 9.00%
건조 후, 피복된 구조를 400mJ/㎠의 UVA에 노출시켜 액정층을 가교시켰다.
이어서, 샘플의 피복물 결함(조성물 내의 컬링 또는 기포), 및 후면광을 갖는 교차된 편광기 사이로 회전되는 경우 명암 상태를 형성하는 능력, 즉 콘트라스트를 평가하였다. 효율적인 장벽은 지지체와 정렬층 간의 물질 통행을 방지할 것이며, 이는 컬링 또는 기포 결점을 발생시키지 않고 만족스러운 콘트라스트를 나타낼 것이다.
번호 TAC 두께(㎛) 불침투성 장벽층 냉경 셋팅 건조 적용범위(g/㎡) 컬링 또는 기포 결함 콘트라스트 만족도
1 127 없음 - - Y N
2 127 겔라틴 N 1.1 Y Y
3 127 겔라틴 Y 1.1 N Y
4 127 겔라틴 N 1.1 N Y
5 127 80% 겔라틴 및 20% 폴리(글리시딜 메타크릴레이트-코-부틸 메타크릴레이트) 85/15 라텍스 Y 1.1 N Y
6 127 60% 겔라틴 및 40% 폴리(글리시딜 메타크릴레이트-코-부틸 메타크릴레이트) 85/15 라텍스 Y 1.1 N Y
7 127 80% 겔라틴 및 20% 폴리(부틸 아크릴레이트-코-아미노에틸메타크릴레이트 하이드로클로라이드-코-하이드록시에틸메타크릴레이트) 50/5/45 라텍스 Y 1.1 N Y
8 127 60% 겔라틴 및 40%(부틸 아크릴레이트-코-아미노에틸메타크릴레이트 하이드로클로라이드-코-하이드록시에틸메타크릴레이트) 50/5/45 라텍스 Y 1.1 N Y
9 127 폴리아크릴아미드 (카복실 개질됨)(제조사: 사이언티픽 폴리머 프로덕츠(Scientific Polymer Products) Y 1.1 N Y
10 127 폴리비닐 알콜 Y 1.1 N Y
11 127 폴리비닐 알콜 Y 2.2 N Y
12 127 폴리비닐 알콜 Y 3.3 N Y
13 80 겔라틴 N 2.2 N Y
상기 데이터는 불침투성 장벽층이 지지체와 배향층 사이에서 피복되는 경우 컬링 및 기포 결함과 관련된 문제, 및 콘트라스트 결함이 제거되었음을 설명하고 있다.
본 발명의 실시양태는 다음을 포함한다:
불침투성 장벽층이 폴리비닐 알콜; 폴리아크릴아미드 또는 폴리비닐 신나메이트 중합체 또는 공중합체를 포함하고;
이방성 층의 광학축이 불변성 또는 가변 방위각, 및 불변 또는 가변 경사각을 갖고;
이방성 층이 양(+)의 복굴절률을 함유하고;
둘 이상의 이방성 층을 포함하며;
투명 중합체 지지체가 셀룰로즈성 중합체를 포함하고;
장벽층이 0.10 내지 5.5g/㎡, 전형적으로 0.55 내지 3g/㎡의 양으로 존재하며;
이방성 층이 계면활성제, 예를 들어 불소화 계면활성제를 함유하며;
이방성 층이 중합체의 얽힘 분자량보다 큰, 전형적으로 45,000보다 큰 평균 분자량을 갖는 고분자량 중합체를 포함하고;
불침투성 장벽층은 가교 중합체를 추가적으로 포함하는 실시양태를 포함한다.
또한, 본 발명은 하기 단계를 포함하는, 이동성 지지체 웹 상에 광학 보상체를 제조하기 위한 연속 공정을 포함한다:
(a) 냉경된 이동 중합체 지지체 웹을 수용성 수지로 피복시키는 단계;
(b) 상기 피복물을 건조시켜 장벽층을 형성하는 단계;
(c) 상기 장벽층을, 유기 용매 중의 광-정렬가능한 중합체를 포함하는 배향층으로 피복시키는 단계;
(d) 상기 배향층을 건조시키는 단계;
(e) 상기 배향층을, 상기 웹 이동 방향에 대하여 예비결정된 방향으로 광정렬시키는 단계;
(f) 상기 배향층을, 용매 담체 중의 중합성 물질을 포함하는 이방성 층으로 피복시키는 단계;
(g) 상기 이방성 층을 건조시키는 단계;
(h) 상기 이방성 층을 중합하여 다층의 완전 성분의 제 1 연속 웹을 형성하는 단계; 및
(i) 상기 배향층을 단계 (e)의 방향에 대해 예비결정된 각으로 광-정렬시키는 것을제외하고, 상기 단계 (c) 내지 (h)의 피복을 단계 (h)로부터 수득된 이방성 층에 대해 반복적으로 수행하는 단계.
본 발명의 투명 중합체 기재, 불침투성 장벽층, 광-정렬 배향층, 및 네마틱 액정을 포함하는 광학 이방성 층을 갖는 광학 보상체를 통해 액정 디스플레이의 시인각 특성을 개선시킬 수 있다.
본 특허의 모든 내용 및 본원에서 언급된 기타 문헌은 모두 본원의 참조문헌으로서 인용된다.
부호 설명
5 본 발명에 따른 보상체
6 본 발명에 따른 보상체
7 본 발명에 따른 보상체
10 기재
20 배향층
30 이방성 층
40 배향층
50 이방성 층
60 장벽층
78 기재면(또는 XY면)
80 XYZ 좌표계
84 이방성 층(30)의 광학축
86 이방성 층(50)의 광학축
90 UV광
92 롤 이동 방향
94 정렬 방향
160 장벽층
300 본 발명에 따른 보상체
310 이동 기재
320 배향층
330 이방성 층
350 본 발명에 따른 보상체
500 편광자
550 편광자
600 액정 셀
700 액정 디스플레이
θ경사각
φ 방위각

Claims (10)

  1. 투명 중합체 지지체, 광-정렬층, 네마틱 액정을 포함하고 상기 지지체와 광-정렬층 사이에 위치하는 이방성 층, 및 냉경 셋팅 겔라틴을 포함하는 불침투성 장벽층을 포함하는, 액정 디스플레이용 광학 보상체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    불침투성 장벽층이 수용성 수지를 포함하는 광학 보상체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    네마틱 액정이 UV 가교성 물질인 광학 보상체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    겔라틴이 5 내지 20℃의 온도에서 냉경 셋팅되는 광학 보상체.
  5. 냉경된 투명 지지체를 제공하는 단계;
    상기 지지체 위에 장벽층을 도포하는 단계;
    상기 장벽층을, 유기 용매로부터의 배향층으로 피복시키는 단계; 상기 배향층을 건조 및 정렬시키는 단계로서, 상기 장벽층이 유기 용매의 존재하에서 불침투성이며 비-팽윤성인 단계; 및
    상기 배향층을, 용매 담체 중의 중합성 물질을 포함하는 이방성 네마틱 액정층으로 피복 및 중합시키는 단계를 포함하는,
    제 1 항에 따른 보상체의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    냉경된 중합체 지지체가 5 내지 20℃인, 제 1 항에 따른 보상체의 제조방법.
  7. (a) 냉경된 중합체 지지체를 수용성 수지로 피복시키는 단계;
    (b) 상기 피복물을 건조시켜 장벽층을 형성하는 단계;
    (c) 상기 장벽층을, 용매중의 광-정렬가능한 중합체를 포함하는 배향층으로 피복시키는 단계;
    (d) 상기 배향층을 건조시키는 단계;
    (e) 상기 배향층을 예비결정된 방향으로 광-정렬시키는 단계;
    (f) 상기 배향층을, 용매 담체 중의 중합성 물질을 포함하는 이방성 네마틱 액정층으로 피복시키는 단계;
    (g) 상기 이방성 층을 건조시키는 단계;
    (h) 상기 이방성 층을 중합하는 단계; 및
    (i) 상기 배향층을 단계 (e)의 방향에 대해 예비결정된 각으로 광-정렬시키는 것을 제외하고, 단계 (c) 내지 (h)의 피복을 단계 (h)의 이방성 층에 대해 반복적으로 수행하는 단계를 포함하는,
    제 1 항에 따른 광학 보상체의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    단계 (e)의 방향에 대한 단계 (i)의 예비결정된 각이 90°인, 광학 보상체의 제조방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    수용성 수지가 겔라틴 또는 폴리비닐 알콜인, 광학 보상체의 제조방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    냉경된 중합체 지지체가 5 내지 20℃인, 광학 보상체의 제조방법.
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