KR20070032672A - 다층 광학 보상 필름 - Google Patents
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Abstract
다층 광학 보상 필름은 하나 이상의 광학 이방성 제 1 층 및 하나 이상의 광학 이방성 제 2 층을 포함한다. 제 1 층의 굴절률은 nx1≥ny1≥nz1의 관계를 충족시킨다. 제 2 층은 160℃보다 높은 유리 전이 온도를 갖는 비정질 중합체를 포함하고, 제 2 층의 굴절률은 │nx2-ny2│<0.001 및 nz2-(nx2+ny2)/2>0.005의 관계를 충족시킨다.
Description
본 발명은 일반적으로 광학 보상 필름, 및 광학 보상 필름을 함유하는 액정 디스플레이에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 둘 이상의 광학 이방성 층을 함유하는 광학 보상 필름, 광학 보상 필름을 함유하는 액정 디스플레이, 및 광학 보상 필름을 제조하는 방법에 관한 것이다.
액정 디스플레이(LCD) 시스템에서, 액정 셀은 전형적으로 편광판과 분석기 사이에 위치한다. 편광판에 의해 편향된 입사광은 액정 셀을 통해 통과하고, 액정 물질의 분자 배향에 의해 영향을 받는데, 액정의 분자 배향은 셀을 가로질러 전압을 인가함으로써 변할 수 있다. 변화된 광은 분석기로 들어간다. 이러한 원리를 이용함으로써, 주위 광을 비롯한 외부 공급원으로부터의 광의 투과율을 조절할 수 있다. 이러한 조절을 달성하는데 필요한 에너지는 일반적으로 음극선관(cathode ray tube; CRT) 같은 다른 디스플레이 유형에 사용되는 발광 물질에 필요한 것보다 훨씬 더 적다. 따라서, 디지털 시계, 계산기, 휴대용 컴퓨터 및 전자 게임(이를 위해서는 경량, 낮은 소비 전력 및 긴 작동 수명이 중요한 특징임)을 비롯한 다수 의 전자 촬상 장치에 액정 기술이 이용된다. 또한, CRT 텔레비전(CRT-TV)의 LCD-TV로의 교체가 급속하게 진행되고 있다. 평면내 스위칭(IPS) 같은 LCD 모드는 높은 콘트라스트, 높은 속도의 응답 및 우수한 색상 재생을 제공하여, LCD 시스템을 TV 용도에 적합하게 한다.
콘트라스트, 색상 재생, 및 안정한 그레이 스케일(gray scale) 강도는 전자 디스플레이에 중요한 품질 속성이다. LCD 시스템의 콘트라스트를 제한하는 주요 인자는 어둡거나 "흑색" 화소 상태에 있는 액정 소자 또는 셀을 통해 광이 "누출"되는 경향이다. 뿐만 아니라, 누출, 따라서 액정 디스플레이의 콘트라스트는 또한 디스플레이 스크린이 관찰되는 방향에 따라서도 달라진다. 전형적으로, 최적 콘트라스트는 디스플레이로의 수직 입자 주변에 중심을 두는 좁은 시야각 범위 내에서만 관찰되고, 관찰 방향이 디스플레이 수직으로부터 벗어남에 따라 급속하게 떨어진다. 유색 디스플레이에서, 누출 문제는 콘트라스트를 열화시킬 뿐만 아니라 색상 재생의 열화를 동반하는 색상 또는 색조 변이를 야기한다. 이는 대부분의 디스플레이 모드에 공통적인 문제점이다. 그러나, IPS 모드 LCD에서, 액정 광축은 액정 셀의 평면에 유지되면서도 그의 방향을 변화시킨다. 이에 따라, 트위스티드 네마틱(TN) 모드 같은 다른 더욱 종래의 모드에 수반되는 것보다 더욱 우수한 시야각 특징을 갖게 된다.
LCD의 어두운 상태에서 광 누출이 일어나는 인자중 하나는 직교 편광판의 시야각 의존성이다. 여기에서, "직교 편광판"은 투과축(또는 동등하게 흡수축)이 90±5°를 형성하는 두 편광판의 쌍으로 이해된다. 편광판은 LCD 디스플레이 용도에 통상적으로 사용되는 흡수 이색성 유형이다. 매우 적은 광만이 직교 편광판을 통해 진행될 수 있는데, 단 광이 직교 편광판의 평면에 수직인 방향으로 충돌해야 한다. 그러나, 광 전파 방향이 수직으로부터 벗어날 때에는 상당량의 광 누출이 일어나며, 편광판의 투과축에 대해 큰 극 시야각(polar viewing angle) 및 45° 방위 시야각에서 최대 누출이 일어난다. 이는 편광판의 투과축 사이의 유효 각도가 90°로부터 편향되기 때문이다.
두 직교 편광판을 통한 광 누출을 감소시키는 한 방법은 이들 사이에 보상기를 삽입하는 것이다. 편광판에 사용되는 보상기는 명목상 첸(Chen) 등이 제안한 바와 같이["Optimum film compensation modes for TN and VA LCDs", SID 98 Digest, pp. 315-318 (1998)] A-플레이트와 C-플레이트의 조합이다.
미국 특허 제 6,606,193 호에는, 각각 0.15≤Nz≤0.35 및 0.65≤Nz≤0.85를 갖는 2개의 2축 필름을 사용하는 보상기가 개시되어 있으며, 이 때 Nz는 (nx-nz)/(nx-ny)(여기에서, nx>ny임)로서 정의된다. 여기에서, x 및 y는 층의 평면에 놓이며, z는 층에 수직인 평면에 놓인다. 그러므로, 굴절률은 nx>nz>ny를 충족시킨다. 두 2축 필름은 LCD의 직교 편광판 쌍 사이에 놓인다. 두 2축 필름의 빠른 축(굴절률 ny를 갖는 y 방향)이 편광판의 흡수축에 평행으로 위치한다. 광 누출의 스펙트럼 의존성을 억제하기 위해 2개의 2축 필름을 사용하는 유사한 기법이 일본 특허 공고 JP 2001-350022 호에 개시되어 있다.
보상 필름을 사용하는 상기 참조문헌에서, 목적은 직교 편광판의 투과(또는 흡수)축에 의해 형성되는 유효 각도의 시야각 의존성을 감소시키는 것이다. 이들 기법을 이용하여 예컨대 IPS 모드 액정 디스플레이의 콘트라스트 비를 증가시킬 수 있다.
사이토(Saitoh) 등(SID digest 1998, 페이지 706-709)은 IPS 모드 액정 디스플레이(IPS-LCD)에서의 시야각 개선법을 제안하였다. 단일 2축 보상 필름을 IPS 모드 액정 셀 및 한 쌍의 편광판과 함께 사용하였다. 2축 보상 필름의 느린 축 방향은 편광판의 투과축 방향 및 오프 상태에서 IPS 모드 액정 셀의 액정 광축의 방위각 방향과 평행하다. 다른 편광판의 투과축은 다른 편광판의 투과축과 직각을 이룬다. 이러한 구성은 직교 편광판을 통한 광 누출을 감소시킴으로써 IPS-LCD의 콘트라스트 비를 높인다.
직교 편광판 또는 직교 편광판과 액정 셀(예컨대, IPS 모드 액정 셀)의 조합을 통한 광 누출을 감소시키기 위하여 보상 필름 기법이 제안되었으나, 종래의 기법은 이러한 보상 필름을 제공하는 저렴하고/하거나 간단한 방법을 제공하지 못하였다. 첸의 방법이 작용하기 위해서는, A 및 C 플레이트의 지연 부호가 동일한 부호를 가져야 한다. 본원에 참고로 인용되고 본 발명의 발명자에 의해 출원된 미국 특허 공개 US2004002750 호에는 음의 C 플레이트의 제조 방법이 개시되어 있다. 그러나, 충분한 상 지연을 갖는 음의 A 플레이트를 수득하는 간단한 방법은 없다. 그러므로, 보상을 위한 음의 A 및 C 플레이트의 조합은 가능하지 않다. 양의 A 플레이트는 널리 입수가능한 반면, 양의 C 플레이트는 그렇지 못하다. 양의 C 플레이트는 균일하게 수직 정렬된 액정 중합체로부터 제조될 수 있다. 미국 특허 제 6,261,649 호에 개시된 것과 같은 중합가능한 액정은 수직 정렬을 제공한다. 그러 나, 액정 중합체는 매우 비싼 화합물이고, 액정을 균일하게 정렬시키는 것은 대규모 제조에 상당한 난관을 부과한다. 종종 작은 크기에서조차도 불균일한 정렬이 발생되며, 이는 흐릿한 외관을 나타낸다. 이러한 헤이즈는 보상 필름의 광 투과율을 감소시킨다. 중합가능한 액정은 또한 액정 중합체의 수직 정렬을 고정시키기 위하여 광-중합 공정을 필요로 하는 바, 추가의 공정 및 비용을 부가한다.
2축 필름의 사용도 문제를 제기한다. 미국 특허 제 6,606,193 호 및 JP2001-350022 호 둘 다에 사용된 2축 플레이트는 nx>nz>ny의 특성을 갖는다. 이러한 광학 특성을 갖는 필름은 제조하기가 곤란하다. 표준 제조 방법(예컨대, 중합체 필름의 연신)에 의해서는 nx>ny≥nz를 갖는 필름이 제공된다. 필름이 nx>nz>ny를 가질 수 있도록 nz를 증가시키기 위하여 몇몇 방법이 제안된 바 있다. 미국 특허 제 6,606,193 호에서는 열-수축성 기제 필름을 보조 필름에 결합시키는 방법을 교시한다. 이 제품을 가열함으로써, 열에 의해 기제 필름을 수축시켜 보조 필름에서 더 높은 nz를 획득한다. 다른 방법은 인가되는 전가장에 의해 중합체 구획을 정렬시키는 것이다. 인가된 전기장은 중합체 구획을 필름 수직 방향으로 정렬시키고, 따라서 이 절차는 더 높은 nz 값을 달성한다. 그러나, 종종 세 개의 굴절률 nx, ny 및 nz 모두를 이들의 목적하는 값으로 조절하기 위해 후속 연신이 필요하고, 최종 필름에서 nx>nz>ny의 관계를 유지하기 위해 조심스러운 연신 방법이 필요하다. 이러한 미세-조정 연신이 이루어지지 않으면, nx>ny≥nz를 갖는 필름만이 수득된다. 이러한 미세-조정 방법은 대량 제조에 적합하지 않으며, 필름의 광학 특성의 제조 반복성을 위태롭게 할 수 있다.
따라서, 어두운 상태 또는 "흑색" 상태에서 LCD를 통한 광 누출을 방지하는데 사용될 수 있는 다층 광학 보상 필름을 제공하고자 하는 시도에서 문제가 발생된다.
발명의 개요
본 발명의 한 요지에 따라, 하나 이상의 광학 이방성 제 1 층 및 하나 이상의 광학 이방성 제 2 층을 포함하는 다층 광학 보상 필름이 제공된다. 제 1 층의 굴절률은 nx1≥ny1≥nz1의 관계를 충족시킨다. 제 2 층은 160℃보다 높은 유리 전이 온도를 갖는 비정질 중합체를 포함하고, 제 2 층의 굴절률은 │nx2-ny2│<0.001 및 nz2-(nx2+ny2)/2>0.005의 관계를 충족시킨다.
본 발명의 다른 요지에 따라, 상기 다층 광학 보상 필름은 한 쌍의 직교 편광판중 하나 또는 둘과 액정 셀 사이에 위치된다.
본 발명의 또 다른 요지에 따라, 상기 다층 광학 보상 필름을 제조하는 방법이 제공된다.
본 명세서는 본 발명의 주제를 구체적으로 지적하고 명확하게 청구하는 청구의 범위로 결론지어지지만, 첨부된 도면과 함께 하기 상세한 설명으로부터 본 발명을 더욱 잘 이해할 것으로 생각된다.
도 1은 광축의 방위각 ψ과 경사각 θ의 정의를 도시한다.
도 2A 및 도 2B는 각각 A 및 C 플레이트의 평면에 대한 광축 방향을 도시한다.
도 3은 두께 d를 갖는 층 및 층에 부착된 x-y-z 좌표 시스템의 도면이다.
도 4A 및 도 4B는 각각 액정의 수직 정렬 및 비정질 중합체 쇄의 무작위적인 평면내 배향의 개략도이다.
도 5A, 도 5B 및 도 5C는 본 발명의 실시양태에 따른 예시적인 보상 필름의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시양태에 따른 액정 디스플레이의 개략도이다.
도 7A는 극 시야각 및 방위 시야각의 정의를 보여주는 개략도이고, 도 7B는 극좌표 포맷이며, 도 7C 및 도 7D는 각각 보상 필름을 포함하지 않거나 포함하는 LCD의 등-누출(iso-leakage) 플롯이다.
본원에 기재된 보상 필름을 사용하여 액정 디스플레이(LCD) 시스템의 이미지 품질 및 콘트라스트 비를 개선할 수 있다. 액정 중합체의 사용 또는 액정 중합체의 임의의 정렬 절차를 필요로 하지 않는 간단한 방법으로 보상 필름을 제조할 수 있다. 또한, 보상 필름의 제조는 필름의 수축, 중합체 구획을 정렬시키기 위한 전기장의 인가 또는 후속 미세-조정 연신 공정을 필요로 하지 않는다.
도 1 내지 도 3과 관련하여, 본원의 기재에 하기 정의를 적용한다:
"x", "y" 및 "z"는 소정 층과 관련된 방향을 정의하는데, x 및 y는 층의 평면 내에서 서로 수직으로 놓이며, z는 층의 평면에 수직이다.
"광축(optical axis)"은 도 1의 참조 번호(101)에 의해 표시되며, 전파되는 광이 복굴절률을 나타내지 않는 방향을 일컫는다. 그의 방향은 방위각 ψ 및 경사각 θ에 의해 기재된다. 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 경사각 θ은 x-y 평면과 광축(101) 사이의 각도를 측정하고, 방위각 ψ은 기준 방향 x에 대해 x-y 표면에서 측정되는 각이다.
"온(ON) 및 오프(OFF) 상태"는 액정 셀에 전압이 인가된 상태 및 인가되지 않은 상태를 나타낸다.
"A-플레이트" 및 "C-플레이트"는 각각 도 2A 및 도 2B에 개략적으로 도시되어 있는 판을 지칭한다. A-플레이트(203)는 θ=0°인 상태, 즉 광축(201)이 플레이트(203)의 평면 내에 있는 상태로 정의된다. 대조적으로, C-플레이트(204)는 θ=90°인 상태, 즉 광축(201)이 플레이트(204)의 평면에 수직인 상태로 정의된다. 각 플레이트는 구성 물질의 복굴절률의 부호에 따라 양 또는 음의 플레이트일 수 있다.
"nx", "ny" 및 "nz"는 각각 x, y 및 z 방향에서의 층의 굴절률이다. 당해 분야에 널리 공지되어 있는 관행에 따라, 층의 평면의 굴절률에 대해 nx≥ny의 관계를 취한다. 이후, nx1, ny1 및 nz1이 제 1 층의 굴절률이고, nx2, ny2 및 nz2가 제 2 층의 굴절률이도록 기호를 사용한다.
"광학 1축"은 nx, ny 및 nz중 둘 이상이 실질적으로 동일함을 의미한다. 즉, nx, ny 및 nz중 둘 이상의 차이의 절대값은 0.005 미만이다. "광학 2축"은 nx, ny 및 nz중 그 어느 것도 서로 실질적으로 동일하지 않음을 의미한다.
중합체의 "고유 복굴절률 Δnint"는 (ne-no)에 의해 정의되는 양을 나타내며, 이 때 ne 및 no는 각각 중합체의 이상 굴절률 및 정상 굴절률이다. 고유 복굴절률은 작용기의 편극도 및 중합체 쇄에 대한 이들의 결합각 같은 인자에 의해 결정된다. 층의 굴절률 nx, ny 및 nz는 층의 제조 공정 조건 및 층의 중합체의 Δnint에 따라 달라진다.
층의 "평면외 상 지연 Rth"는 [nz-(nx+ny)/2]d에 의해 정의되는 양이며, 여기에서 d는 도 3에 도시된 층(301)의 두께이다. 양 [nz-(nx+ny)/2]은 "평면외 복굴절률 Δnth"로 일컬어진다. nz>(nx+ny)/2이면, Δnth 및 Rth는 양이다. nz<(nx+ny)/2이면, Δnth 및 Rth는 음이다. 본 발명을 제한하지 않으면서, 이후 Δnth 및 Rth의 값은 파장 λ=550nm에서 주어진다.
층(301)의 "평면내 지연 Rin"은 │nx-ny│d에 의해 정의된다. 본 발명을 한정하지 않으면서, 이후 Rin 값은 λ=550nm에서 주어진다.
"비정질"이란 긴 범위의 질서가 없음을 의미한다. 그러므로, 비정질 중합체는 X-선 회절 같은 기법에 의해 측정될 때 긴 범위의 질서를 나타내지 않는다.
"발색단"은 광 흡착의 단위로서 작용하는 원자 또는 원자의 군으로서 정의된다. [Modern Molecular Photochemistry, 튜로 편집, Benjamin/Cummings Publishing Co., 캘리포니아주 멘로 파크 (1978) 페이지 77]. 전형적인 발색단 기는 비닐, 카본일, 아마이드, 이미드, 에스터, 카본에이트, 방향족(즉, 페닐, 나프틸, 바이페닐, 티오펜, 비스페놀 같은 헤테로방향족 또는 탄소환상 방향족), 설폰 및 아조 또는 이들 기의 조합을 포함한다. 비가시성(non-visible) 발색단은 λ=400 내지 700nm 범위 외에서 흡수 최대치를 갖는 발색단을 의미한다.
"인접하는(contiguous)"은 물체가 서로 접촉함을 의미한다. 2개의 인접 층에서, 한 층은 다른 층과 직접적으로 접촉한다. 따라서, 중합체 층이 코팅에 의해 기판에 형성되는 경우, 기판과 중합체 층은 인접한다.
이제, 본 발명의 다양한 요소가 숫자로 표시되고 당해 분야의 숙련자가 본 발명을 제조 및 사용할 수 있도록 본 발명에 대해 논의하는 도면을 참조한다.
본 발명의 실시양태의 다층 광학 보상 필름은 제 1 광학 이방성 층 및 제 2 광학 이방성 층을 포함한다. 제 1 층은 하기 관계 (1)을 충족시키고, 제 2 층은 하기 관계 (2) 및 (3)을 충족시킨다:
nx1≥ny1≥nz1 (1)
│nx2-ny2│<0.001 (2)
Δnth=nz2-(nx2+ny2)/2>0.005 (3)
또한, 제 2 층은 160℃보다 높은 유리 전이 온도를 갖는 비정질 중합체를 포함한다. 바람직하게는, 제 1 층 및 제 2 층은 인접해 있다.
제 1 "층" 및 제 2 "층"이 각각 단일 연속 층, 또는 상기 관계를 충족시키는 복수개의 층으로 구성될 수 있음에 주목한다.
제 1 층 및 제 2 층의 특징이 아래에 기재된다.
제 1 층은 관계 (1)을 충족시키는 굴절률을 갖는다. nx1≥ny1=nz1인 경우에, 제 1 층은 광학 1축이다. 광축은 기판의 평면 내에 있고, 따라서 A-플레이트(도 2A)이다. 그러나, 대부분의 경우 굴절률은 nx1>ny1>nz1을 충족시키고, 제 1 층은 광학 2축이다. 두 경우 모두, 제 1 층은 물리적으로 필름의 형태를 취하며, 중합체 또는 유리로 제조된다.
제 1 층용 물질의 예는 트라이아세틸셀룰로즈(TAC), 셀룰로즈 아세테이트 뷰틸레이트(CAB), 환상 폴리올레핀, 폴리카본에이트, 폴리설폰에이트, 폴리노보넨, 당해 분야에 공지되어 있는 다른 중합체, 유리 및 이들의 혼합물을 포함한다. 이들 물질을 용매 캐스팅, 가열 압출 또는 본원에 참고로 인용된 US 2003/0215608A1 호 및 US 2003/0215582A1 호에 개시된 것(제 1 층을 이동하는 캐리어 기판 상으로 용매 코팅함)과 같은 다른 방법에 의해 필름으로 제조할 수 있다. 필요한 경우, 필름을 연신시켜 관계 nx1>ny1≥nz1을 달성한다. 제 1 층이 양의 Δnint를 갖는 중합체 필름으로부터 제조되는 경우, 층의 평면의 굴절률은 nx1>ny1을 충족시키며, 이 때 "x"는 주 연신 방향을 나타내고, "y"는 x에 수직인 방향이다. 반면, 음의 Δnint를 갖는 중합체 필름은 nx1>ny1을 제공하지만, 이번에는 y가 주 연신 방향이고, x가 y에 수직이다. 중합체 물질을 연신시킴으로써, 개별적인 중합체 쇄 구획은 주로 주 연신 방향으로 배향되어, 중합체 층의 복굴절률을 증가시킨다. 중합체 구획을 배향시키는데 필요할 때, 중합체 물질의 유리 전이 온도 Tg보다 높은 온도에서 연신을 수행한다. 따라서, 중합체 필름을 Tg보다 높이 가열하고 연신시킨다. 그렇지 않으면, 연신을 위해 가해진 장력이 제거되기 때문에 복굴절률이 감소된다.
다른 방법은 용매가 필름 내에 혼입되어 있는 동안 필름을 연신시키는 것이다. 필름의 캐스팅 후 잔류 용매는 중합체의 Tg를 효과적으로 낮추고, 따라서 실온에서의 연신이 가능해진다. 이 방법에 의해, 중합체를 필름 형태로 용매-캐스팅한 직후에 필름을 연신시킬 수 있다. 필름을 1축 또는 2축 연신시킬 수 있다. 1축 연신에서는, 필름을 한 방향으로만 연신시킨다. 2축 연신에서는, 두 연신 방향이 전형적으로 서로 수직이다. 연신량이 더 큰 방향이 주 연신 방향이 된다.
연신된 필름이 굴절률 면에서 충분한 균일성을 갖는 한, 본 발명은 특정 연신 메카니즘 또는 기법으로 한정되지 않는다.
제 1 층의 평면내 지연 Rin은 바람직하게는 0nm<Rin<300nm, 더욱 바람직하게는 10nm<Rin<275nm이다.
제 1 층의 두께는 중요하지 않다. 그러나, 지나치게 두꺼운 층은 부피가 큰 LCD 모듈을 생성시킬 수 있고, 반대로 제 1 층이 너무 얇으면 보상 필름의 취급이 성가시게 된다. 그러므로, 제 1 층의 두께는 바람직하게는 10 내지 200㎛, 더욱 바람직하게는 20 내지 100㎛이다.
이제 제 2 층에 대해 살펴보면, 관계 (2)는 광축이 본질적으로 z 방향에 있으며 따라서 층의 평면에 수직임을 암시한다. 또한, 관계 (3)에 의해 표시되듯이, 제 2 층의 복굴절률은 양이다. 그러므로, 제 2 층은 본질적으로 작은 평면내 복굴절률 0<│nx2-ny2│<0.001(관계 (2)에 의해) 및 0.005보다 큰 양의 평면외 복굴절률 Δnth(관계 (3))를 갖는 양의 C-플레이트(도 2B)이다.
양의 평면외 복굴절률 Δnth를 갖는 제 2 층을 제조하기 위하여, 음의 고유 복굴절률 Δnint를 갖는 비정질 중합체의 용매 코팅을 사용한다. 당해 분야의 숙련자에게 널리 공지되어 있는 바와 같이, 중합체 층의 평면외 복굴절률 Δnth는 Δnth=SΔnint로 주어지고, 이 때 S는 중합체 구획의 질서 매개변수(order parameter)이다. 따라서, 양의 Δnth를 생성시키기 위해서는 다음 두 가지 조합이 가능하다: 1) 양의 S 및 양의 Δnint, 또는 2) 음의 S 및 음의 Δnint. 도 4A를 참조하면, 액정(401)의 수직 정렬(z 방향에서의)을 갖는 종래의 기술은 첫번째 조합, 즉 1) 양의 S(0≤S≤1) 및 양의 Δni nt에 속한다. 그러나, 액정을 사용하여 이렇게 제조된 층은 잘못 정렬된 구역을 가져 헤이즈를 야기하는 경향이 있다. 헤이즈는 광 투과율을 감소시키고 바람직하지 못하다. 종래의 기술과는 대조적으로, 본 발명의 실시양태에 따른 제 2 층의 양의 Δnth는 조합 2) 음의 S 및 음의 Δnint에 따른 것이다. 도 4B를 참조하면, 비정질 중합체의 중합체 쇄(403)는 중합체 층의 평면에서 무작위적으로 배향되어 있다. 이러한 배향에서, 중합체 쇄의 질서 매개변수 S는 -0.5<S<0이다. 따라서, 기판상의 비정질 중합체 층에 대해 양의 Δnth를 수득하기 위하여, 음의 Δnint를 갖는 중합체를 사용한다. S의 음의 값은 충분히 커야 하며, 그렇지 않으면 관계 (3)이 충족될 수 없다.
이러한 중합체의 예는 중합체 주쇄(backbone)에서 벗어나 보이지 않는 발색단을 갖는 물질을 포함한다. 이러한 보이지 않는 발색단은 비닐, 카본일, 아마이드, 이미드, 에스터, 카본에이트, 설폰, 아조 및 방향족 헤테로환상 및 탄소환상 기(예를 들어, 페닐, 나프틸, 바이페닐, 터페닐, 페놀, 비스페놀 A 및 티오펜)를 포함한다. 또한, 이들 보이지 않는 발색단의 조합(즉, 공중합체)은 바람직할 수 있다. 이러한 중합체의 예 및 이들의 구조는 아래에 도시되어 있다:
예 I:
폴리(4-비닐바이페닐)
예 II:
폴리(4-비닐페놀)
예 III:
폴리(N-비닐카바졸)
예 IV:
폴리(메틸카복시페닐메타크릴아마이드)
예 V:
폴리[(1-아세틸인다졸-3-일카본일옥시)에틸렌]
예 VI:
폴리(프탈이미도에틸렌)
예 VII:
폴리(4-(1-하이드록시-1-메틸프로필)스타이렌)
예 VIII:
폴리(2-하이드록시메틸스타이렌)
예 IX:
폴리(2-다이메틸아미노카본일스타이렌)
예 X:
폴리(2-페닐아미노카본일스타이렌)
예 XI:
폴리(3-(4-바이페닐릴)스타이렌)
예 XII:
폴리(4-(4-바이페닐릴)스타이렌)
다른 중요한 인자는 S의 유한 음의 값을 수득하는 것이다. 이러한 음의 S 값을 성취하는 한 방법은 유리 전이 온도 Tg가 160℃보다 높은 중합체를 용매 캐스팅시키는 것이다. 이러한 중합체는 용매 증발시 이완되기에 충분한 시간을 갖지 않으며 음의 S 값을 보유한다.
중합체 구획의 정렬이 열역학적으로 조절되지 않기 때문에, 음의 S 값은 코팅 및 건조 공정 동안 달성된다. 음의 Δnint를 갖는 다양한 중합체를 시험한 후, 본 발명자들은 160℃보다 높은 Tg를 갖는 비정질 중합체만이 충분히 큰 음의 S 값을 보유함을 발견하였다. 따라서, 관계 (2) 및 (3) 둘 다를 충족시키는 제 2 층은 이러한 중합체로부터만 수득될 수 있다. 이들 비정질 중합체는 용매 증발시 이완되기에 충분한 시간을 갖지 않고 충분히 높은 음의 S 값을 보유한다. 코팅의 두께는 바람직하게는 30㎛ 미만, 더욱 바람직하게는 20㎛ 미만, 가장 바람직하게는 10㎛ 미만이다.
본 발명의 실시양태의 보상 필름에, 다른 추가적인 제 1 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 접착 촉진 층을 제 1 층과 제 2 층 사이에 배치시킬 수 있다. 층 사이의 우수한 접착력은 특히 LCD 단위장치의 어셈블링 공정에서의 용도 및 고온-고습도 환경에서의 LCD의 사용시 중요하다. 추가적인 제 1 층의 다른 예는 제 1 층 및 제 2 층의 광학 특성에 유해한 효과를 갖는 화합물의 확산을 금지하는 차단 층이다. 예를 들어, 제 1 층이 TAC 필름인 경우에는 차단 층이 바람직하거나 필요할 수 있다. 전형적으로, TAC는 기계적 특성을 개선하기 위해 낮은 분자량의 가소화제를 함유한다. 종종 가소화제가 제 2 층으로 이동하고 중합체 정렬 상태를 열화시키며 Δnth(따라서 Rth)를 낮추는 경우가 있다. 차단 층 및/또는 접착 층은 제 1 층과 제 2 층 사이에, 또는 제 1 층 또는 제 2 층이 하나보다 많은 층으로 제조되는 경우 두 제 1 층 사이 또는 두 제 2 층 사이에 위치될 수 있다. 많은 경우에, 단일 층이 차단 층 및 접착 층 둘 다의 기능을 할 수 있다. 두 기능을 최적화시키기 위하여, 층은 둘 이상의 중합체를 함유할 수 있다. 예를 들어, 층은 젤라틴 같은 수용성 중합체 및 폴리에스터이오노머 같은 수분산성 중합체를 함유할 수 있다. 다르게는, 차단 층은 폴리에스터이오노머 및 폴리우레탄 같은 두 상이한 수분산성 중합체를 함유할 수 있다. 제 2 층을 용매 캐스팅에 의해 이동하는 캐리어 상으로 직접 도포하기도 한다.
다층 보상기의 Rth는 바람직하게는 20nm보다 크고, 더욱 바람직하게는 30 내지 300nm, 가장 바람직하게는 40 내지 200nm이다. 다층 보상기의 두께는 바람직하게는 250㎛ 미만, 더욱 바람직하게는 200㎛ 미만, 가장 바람직하게는 20 내지 100㎛이다.
도 5A, 도 5B 및 도 5C는 본 발명에 따른 예시적인 보상 필름의 개략적인 단면도를 도시한다. 도면에 도시된 상대적인 치수는 보상 필름의 실제 치수에 따라 축적대로 그린 것이 아닐 수도 있음에 주목한다.
도 5A에 도시된 구조에서는, 단일 제 2 층(501)이 단일 제 1 층(503) 위에 바로 배치된다. 도 5B에 도시된 보상 필름에서는, 제 2 층(501)과 제 1 층(503) 사이에 추가적인 제 1 층(505)(예컨대, 차단 층 및/또는 접착 층)이 삽입된다. 도 5C는 제 2 층이 단일 제 1 층(503) 상의 두 층(501, 507)으로 구성된 구조이다. 당해 분야의 숙련자는 개별적인 용도에 적절한 다른 가능한 구조를 용이하게 알아낼 수 있을 것이다.
도 6은 본 발명의 실시양태에 따른 보상 필름을 사용하는 LCD(601)를 도시한다. 도 6에 도시된 상대적인 치수는 LCD의 실제 치수에 맞춰서 축척대로 그려진 것이 아닐 수 있다. LCD(601)는 90±5°의 각도를 형성하는 투과축(또는 동등하게 흡수축)(605, 613)을 갖는 직교 편광판(603, 611) 쌍, 액정 셀(609) 및 보상 필름(607)을 포함한다. 보상 필름(607)은 편광판(603)쪽의 액정 셀(607)에 근접하여 위치한다. 도시되지 않았으나, LCD(601)는 임의적으로 편광판(611) 쪽에 제 2 보상 필름을 포함할 수 있다.
종래 기술의 보상 필름에 비해, 본 발명에 따른 보상 필름은 액정 중합체의 사용 또는 액정 중합체의 임의의 정렬 절차를 필요로 하지 않는 간단한 방법으로 제조될 수 있다. 그러므로, 이는 헤이즈를 갖지 않는다. 이는 필름의 수축, 중합체 구획을 정렬시키기 위한 전기장의 인가 또는 후속 미세-조정 연신 공정을 포함하지 않는다. 본 발명은 또한 수득하기 어려운 nx>nz>ny를 갖는 필름 대신 nx>ny≥nz를 갖는 표준 필름을 사용할 수 있도록 한다. 본 발명의 보상 필름은 훨씬 더 간단한 방법으로 제조될 수 있으며, 대량 제조에 적합하다.
하기 구체적인 실시예를 제공하여 본 발명을 구체적으로 예시하며, 이들 실시예는 본 발명을 한정하는 것으로 간주되어서는 안된다.
예시적인 보상 필름의 성능은 극 시야각 및 방위 시야각에서의 어두운 상태의 LCD의 등-누출 플롯으로 측정한다. 극 시야각 및 방위 시야각은 LCD(701)와 관련하여 도 7A에 따라 정의된다. 관찰자(703)는 극 시야각 φ 및 방위 시야각 ξ으로 명시된 방향으로부터 LCD(701)를 본다. 광 누출은 어두운 상태에서 LCD의 투과율%로 측정된다. 어두운 상태이기 때문에, 더 낮은 투과율의 경우에 더 높은 성능을 달성한다. 결과는 도 7B에 도시된 바와 같이 극좌표 형태로 플롯팅된다. 동심원은 상이한 φ(0°, 20°, 40°, 60° 및 80°)에 상응하고, 방사선은 ξ(=0°, 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270° 및 315°)에 상응한다. 화살표(705, 707)는 각각 증가하는 φ 및 ξ의 방향을 나타낸다.
실시예 1:
도 7C는 직교 편광판 및 IPS 모드 액정 셀을 포함하는 LCD의 등-누출 플롯을 도시한다. 보상 필름을 사용하지 않았다. φ가 50°보다 큰 경우, 누출은 ξ=45°, 135°, 225° 및 315°에서 1%를 초과한다. 따라서, IPS-LCD의 콘트라스트는 이들 시야각 범위에서 격감한다.
실시예 2:
도 7D는 보상 필름을 적용시킨 IPS 모드 액정과 직교 편광판의 등-누출 플롯을 도시한다. 배열은 도 6에 도시된 것과 동일하다. 보상 필름은 하나의 제 1 층 및 하나의 제 2 층을 포함한다. 보상 필름의 제 1 층은 굴절률 nx1=1.5316, ny1=1.5307 및 nz1=1.5306[타원해석기(모델 M2000V, 제이.에이. 울람 캄파니)로 λ=550nm에서 측정함]을 갖는 연신된 환상 폴리올레핀이다. 따라서, nx1>ny1>nz1이어서 상기 관계 (1)을 충족시킨다. 제 1 층의 두께는 100㎛이다. 제 2 층은 제 1 층을 폴리(N-비닐카바졸)의 용액(톨루엔중 15% 고형분)[아크로스 오가닉스(Acros Organics) 제품]으로 코팅시킴으로써 형성시킨다. 이 폴리(N-카바졸)은 시차 주사 열계량법(DSC)에 의해 172℃의 Tg를 갖는 것으로 밝혀졌다.
제 2 층은 긴 범위의 질서의 어떠한 징후도 나타내지 않는다. 그러므로, 층은 비정질 중합체로 이루어진 것으로 결정된다. 제 2 층의 굴절률은 nx2=1.690, ny2=1.690, nz2=1.710인 것으로 측정되며[λ=550nm에서 타원해석기(모델 M2000V, 제이.에이. 울람 캄파니)에 의해], 이들은 상기 관계 (2) 및 (3)을 충족시킨다. 두께는 8.1㎛이다.
도 7C와 비교하여, 누출은 급격하게 감소된다. 전체 시야각 범위(0°≤φ≤80°, 0°≤ξ<360°)에서 광 누출이 0.1% 미만인 것은 놀라운 일이다. 따라서, IPS-LCD의 콘트라스트 비는 상당히 개선된다.
Claims (34)
- 하나 이상의 광학 이방성 제 1 층 및 하나 이상의 광학 이방성 제 2 층을 포함하는 다층 광학 보상 필름으로서,상기 제 1 층이 관계 nx1≥ny1≥nz1을 충족시키고,상기 제 2 층이 160℃보다 높은 유리 전이 온도를 갖는 비정질 중합체를 포함하고, 관계 │nx2-ny2│<0.001 및 nz2-(nx2+ny2)/2>0.005를 충족시키며,이 때, nx1, ny1 및 nz1이 각각 제 1 층의 x, y 및 z 방향에서의 제 1 층의 굴절률이고, nx2, ny2 및 nz2가 각각 제 2 층의 x, y 및 z 방향에서의 제 2 층의 굴절률인,다층 광학 보상 필름.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 층 또는 제 2 층이 캐리어 기판에 인접해 있는(contiguous) 필름.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 층 및 제 2 층이 인접해 있는 필름.
- 제 1 항에 있어서,제 1 층과 제 2 층 사이에 중간 층을 추가로 포함하는 필름.
- 제 2 항에 있어서,상기 제 1 층 또는 제 2 층이 캐리어 층에 인접해 있는 필름.
- 제 1 항에 있어서,제 1 층이 │ny1-nz1│<0.001인 광학 1축인 필름.
- 제 1 항에 있어서,제 1 층이 ny1>nz1인 광학 2축인 필름.
- 제 1 항에 있어서,제 1 층이 트라이아세틸셀룰로즈(TAC), 셀룰로즈 다이아세테이트, 셀룰로즈 아세테이트 뷰틸레이트(CAB), 환상 폴리올레핀, 폴리카본에이트, 폴리설폰에이트, 폴리노보넨, 유리 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질인 필름.
- 제 1 항에 있어서,상기 하나 이상의 제 1 층의 평면내 지연 Rin이 0 내지 300nm인 필름.
- 제 1 항에 있어서,상기 하나 이상의 제 1 층의 평면내 지연 Rin이 10 내지 275nm인 필름.
- 제 1 항에 있어서,상기 하나 이상의 제 1 층의 두께가 5 내지 100㎛인 필름.
- 제 1 항에 있어서,상기 하나 이상의 제 1 층의 두께가 20 내지 100㎛인 필름.
- 제 1 항에 있어서,상기 비정질 중합체의 Δnint 및 S가 둘 다 음이고, 이 때 Δnint가 비정질 중합체의 고유 복굴절률이고, S가 비정질 중합체의 중합체 구획의 질서 매개변수(order parameter)인 필름.
- 제 13 항에 있어서,-0.5<S<0인 필름.
- 제 1 항에 있어서,보이지 않는 발색단 기가 상기 비정질 중합체의 주쇄에서 벗어나 존재하는 필름.
- 제 15 항에 있어서,상기 비정질 중합체가 주쇄에서 벗어나 비닐, 카본일, 아마이드, 이미드, 에스터, 카본에이트, 방향족, 설폰 또는 아조기를 함유하는 필름.
- 제 15 항에 있어서,보이지 않는 발색단 기가 카본일, 아마이드, 이미드, 에스터, 카본에이트, 페닐, 나프틸, 바이페닐, 비스페놀 또는 티오펜기를 포함하는 필름.
- 제 15 항에 있어서,보이지 않는 발색단 기가 헤테로환상 또는 탄소환상 방향족 기를 포함하는 필름.
- 제 1 항에 있어서,상기 비정질 중합체가 (A) 폴리(4-비닐페놀), (B) 폴리(4-비닐바이페닐), (C) 폴리(N-비닐카바졸), (D) 폴리(메틸카복시페닐메타크릴아마이드), (E) 폴리[(1-아세틸인다졸-3-일카본일옥시)에틸렌], (F) 폴리(프탈이미도에틸렌), (G) 폴리(4-(1-하이드록시-1-메틸프로필)스타이렌), (H) 폴리(2-하이드록시메틸스타이렌), (I) 폴리(2-다이메틸아미노카본일스타이렌), (J) 폴리(2-페닐아미노카본일스타이렌), (K) 폴리(3-(4-바이페닐릴)스타이렌), (L) 폴리(4-(4-바이페닐릴)스타이렌), (M) 폴 리(4-사이아노페닐 메타크릴레이트), (N) 폴리(2,6-다이클로로스타이렌), (O) 폴리(퍼플루오로스타이렌), (P) 폴리(2,4-다이아이소프로필스타이렌), (Q) 폴리(2,5-다이아이소프로필스타이렌) 및 (R) 폴리(2,4,6-트라이메틸스타이렌) 또는 (S) 이들중 임의의 둘 이상의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 중합체인 필름.
- 제 19 항에 있어서,제 1 층이 트라이아세틸셀룰로즈(TAC), 셀룰로즈 다이아세테이트, 셀룰로즈 아세테이트 뷰틸레이트(CAB), 환상 폴리올레핀, 폴리카본에이트, 폴리설폰에이트 또는 폴리노보넨으로 이루어진 군으로부터 선택되는 중합체인 필름.
- 제 1 항에 있어서,상기 하나 이상의 제 2 층의 두께가 30㎛ 미만인 필름.
- 제 1 항에 있어서,상기 하나 이상의 제 2 층의 두께가 20㎛ 미만인 필름.
- 제 1 항에 있어서,상기 하나 이상의 제 2 층의 두께가 10㎛ 미만인 필름.
- 제 1 항에 있어서,상기 다중 광학 보상 필름의 평면외 지연 Rth가 20nm보다 큰 필름.
- 제 1 항에 있어서,상기 다중 광학 보상 필름의 평면외 지연 Rth가 30 내지 300nm인 필름.
- 제 1 항에 있어서,상기 다중 광학 보상 필름의 평면외 지연 Rth가 40 내지 200nm인 필름.
- 액정 셀, 셀의 대향하는 면 상에 위치하는 제 1 및 제 2 직교 편광판, 및 제 1 편광판과 셀 사이에 위치하는 하나 이상의 다층 광학 보상 필름을 포함하는 액정(LC) 디스플레이로서,상기 광학 보상 필름이 하나 이상의 광학 이방성 제 1 층 및 하나 이상의 광학 이방성 제 2 층을 포함하고,상기 제 1 층이 관계 nx1≥ny1≥nz1을 충족시키고,상기 제 2 층이 160℃보다 높은 유리 전이 온도를 갖는 비정질 중합체를 포함하고, 관계 │nx2-ny2│<0.001 및 nz2-(nx2+ny2)/2>0.005를 충족시키며,이 때, nx1, ny1 및 nz1이 각각 제 1 층의 x, y 및 z 방향에서의 제 1 층의 굴절률이고, nx2, ny2 및 nz2가 각각 제 2 층의 x, y 및 z 방향에서의 제 2 층의 굴절률 인,액정(LC) 디스플레이.
- 제 27 항에 있어서,상기 비정질 중합체가 (A) 폴리(4-비닐페놀), (B) 폴리(4-비닐바이페닐), (C) 폴리(N-비닐카바졸), (D) 폴리(메틸카복시페닐메타크릴아마이드), (E) 폴리[(1-아세틸인다졸-3-일카본일옥시)에틸렌], (F) 폴리(프탈이미도에틸렌), (G) 폴리(4-(1-하이드록시-1-메틸프로필)스타이렌), (H) 폴리(2-하이드록시메틸스타이렌), (I) 폴리(2-다이메틸아미노카본일스타이렌), (J) 폴리(2-페닐아미노카본일스타이렌), (K) 폴리(3-(4-바이페닐릴)스타이렌), (L) 폴리(4-(4-바이페닐릴)스타이렌), (M) 폴리(4-사이아노페닐 메타크릴레이트), (N) 폴리(2,6-다이클로로스타이렌), (O) 폴리(퍼플루오로스타이렌), (P) 폴리(2,4-다이아이소프로필스타이렌), (Q) 폴리(2,5-다이아이소프로필스타이렌) 및 (R) 폴리(2,4,6-트라이메틸스타이렌) 또는 (S) 이들중 임의의 둘 이상의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 중합체인 디스플레이.
- 제 28 항에 있어서,제 1 층이 트라이아세틸셀룰로즈(TAC), 셀룰로즈 다이아세테이트, 셀룰로즈 아세테이트 뷰틸레이트(CAB), 환상 폴리올레핀, 폴리카본에이트, 폴리설폰에이트 또는 폴리노보넨으로 이루어진 군으로부터 선택되는 중합체인 디스플레이.
- 제 27 항에 있어서,액정 셀이 평면내 스위칭 모드(In-Plane Switching mode)로 배열된 디스플레이.
- 제 27 항에 있어서,제 2 편광판과 셀 사이에 위치하는 다른 하나의 다층 보상 필름을 추가로 포함하는 디스플레이.
- 용매중 하나 이상의 제 2 층을 하나 이상의 제 1 층 상으로 코팅시킴을 포함하는, 다층 광학 보상 필름을 제조하는 방법으로서,상기 제 1 층이 관계 nx1≥ny1≥nz1을 충족시키고,상기 제 2 층이 160℃보다 높은 유리 전이 온도를 갖는 비정질 중합체를 포함하고, 관계 │nx2-ny2│<0.001 및 nz2-(nx2+ny2)/2>0.005를 충족시키며,이 때, nx1, ny1 및 nz1이 각각 제 1 층의 x, y 및 z 방향에서의 제 1 층의 굴절률이고, nx2, ny2 및 nz2가 각각 제 2 층의 x, y 및 z 방향에서의 제 2 층의 굴절률인,방법.
- 제 32 항에 있어서,제 1 층과 제 2 층이 인접하도록 제 2 층을 제 1 층 상으로 바로 코팅하는 방법.
- 제 32 항에 있어서,제 1 층 상에 형성된 중간 층 상으로 제 2 층을 코팅하는 방법.
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