KR20070097240A - 아이피에스용 보상필름을 구비한 광학소자의 제조방법 - Google Patents

아이피에스용 보상필름을 구비한 광학소자의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 IPS용 보상필름을 구비한 광학소자의 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명은 (a) 회전속도는 50rpm 내지 5,000rpm로, 회전시간은 10초 내지 500초로 하는 연속 회전식 코팅기에서, 배향막 수지와 경화제를 포함하여 구성된 배향막 코팅 조성물을 용매에 혼합한 배향막 코팅용액 100중량%에 있어서, ⅰ) 상기 배향막 수지는 15중량% 내지 55중량% ⅱ) 상기 경화제는 0.1중량% 내지 10중량%로 혼합한 배향막 코팅용액을 편광필름의 투명지지체면 위에 스핀 코팅방식에 따라 코팅하고, 건조, 자외선 경화하여 배향막을 형성하는 배향막 형성단계; (b) 상기 단계에서 형성된 배향막을 상기 편광필름의 흡수축 방향으로 러빙 처리하는 러빙단계; 및 (c) 상기 러빙 처리된 배향막 위에 15중량% 내지 60중량%로 네마틱 액정이 혼합된 액정 코팅용액을 회전속도는 50rpm 내지 5,000rpm로, 회전시간은 10초 내지 500초로 하는 회전조건으로 스핀코팅을 수행하고 , 건조, 자외선 경화하여 액정층을 형성하는 액정층 형성단계를 포함하여 수행된다.

Description

아이피에스용 보상필름을 구비한 광학소자의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 광학소자{Method for Manufacturing Optical Devices Having compensation film for IPS mode and Optical Devices Having compensation film for IPS mode using thereof}
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 IPS용 보상필름을 구비한 광학소자가 LDC셀에 부착된 상태를 나타내는 구조도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예 1에서 얻어진 광학소자의 위상축에 대한 경사각에 따른 위상차 변화를 나타내는 그래프,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예 2에서 얻어진 광학소자의 위상축에 대한 경사각에 따른 위상차 변화를 나타내는 그래프,
도 4는 비교예 1에서 사용된 광학소자의 위상축에 대한 경사각에 따른 위상차 변화를 나타내는 그래프,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예 1에서 얻어진 광학소자의 투과율을 나타내는 그래프,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예 2에서 얻어진 광학소자의 투과율을 나타내는 그래프,
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예 3에서 얻어진 광학소자의 투과율을 나타 내는 그래프,
도 8은 비교예 1에서 얻어진 광학소자의 투과율을 나타내는 그래프이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100, 300: 투명지지체 200: 편광자
400: 배향막 500: 액정층
600: 점착제 700: IPS LCD셀
본 발명은 IPS용 보상필름을 구비한 광학소자의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 광학소자에 관한 것으로, 특히 연속식 회전 코팅기에서 완성된 편광필름 표면에 수직 배향성을 갖는 네마틱 액정이 코팅되어 IPS(In-Plane Switch) LCD(Liquid Crystal Display)의 보상필름으로 이용되는 네마틱 액정을 이용한 IPS용 보상필름을 구비한 광학소자의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 광학소자에 관한 것이다.
일반적으로 액정 평판 디스플레이는 음극선관(CRT; Cathode Ray Tube) 디스플레이에 비하여 저소비 전력으로 인해 밧데리(battery)로 수 시간 구동할 수 있으며, 부피가 적으므로 차지하는 공간이 좁으며, 무게가 가벼워 휴대가 용이한 점 등의 이유로 빠른 속도로 보급이 확산되고 있다. 또한 제품의 크기도 소형 위주에서 중대형 크기의 디스플레이 디바이스인 컴퓨터 모니터(computer monitor) 및 TV로 대면적화 되어 가고 있는 추세이다. 특히 중대형 크기의 액정 디스플레이의 경우, 넓은 각도의 광 시야각에서 선명한 화질을 갖고 구동셀의 ON/OFF시의 밝기 콘트라스트(contrast)를 향상하는 것은 경쟁력있는 디스플레이의 품질을 확보하는데 중요하다.
이와 같은 이유로, 이중 분역(Dual Domain) TN, ASM(Axially symmetric aligned microcell), VA(vertical alignment), SE(surrounding electrode), PVA(Patterned VA), IPS(In-Plane Switching) 모드 등의 다양한 액정 모드(mode)의 디스플레이가 개발되고 있다. 이들 각각의 모드는 고유한 액정 배열을 하고 있으며, 고유한 광학 이방성을 갖고 있다. 따라서 이들 액정 모드의 광학 이방성으로 인해 선형 편광된 빛의 광축의 변화를 보상하기 위해서는 다양한 광학 이방성의 보상 필름이 요구된다.
보상 필름은 광학 이방체인 액정으로 인한 광학 보상뿐만 아니라, 직교 편광 소자의 광축에서 45ㅀ부근의 광 시야각에서 발생하는 광 유출을 개선하기 위해서도 광학 이방성을 가진 보상 필름이 중요하다. 따라서 다양한 모드의 액정 디스플레이의 광학 보상을 하기 위해서는 정밀하고 효과적으로 광학 이방성을 제어할 수 있는 광학 필름을 개발하는 것이 무엇보다도 중요하다.
광학 이방성은 면내의 위상차 값인 Re와 과 두께 방향(z-axis)의 위상차 값인 Rth로 나눌 수 있다.
종래의 기술에 따르면 IPS 모드(mode) LCD의 보상을 위하여 하기 위해 주로 연신법에 의해 제조된 +C-plate 보상필름을 편광필름 위에 부착하여 사용하였다.
그러나 상기 연신법에 의해 제조된 +C-plate 보상필름이 부착된 편광필름은 +C-plate 기능 구현이 어려웠다. 또한, 공정의 복잡성 및 수율의 감소, 두께 증가를 초래한다는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 연속식 회전 코팅기에서 편광필름의 투명지지체면 위에 배향막을 형성하고 네마틱 액정을 코팅함으로써, +C-plate 보상필름으로서 기능을 하면서 박막으로 형성된 IPS용 보상필름을 구비한 광학소자의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 광학소자를 제공하는데 있다.
이하, 기술적 구성을 중심으로 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 네마틱 액정을 이용한 IPS용 보상필름을 구비한 광학소자의 제조방법은 연속식 회전 코팅기에서 기저필름으로는 완성된 편광필름을 사용하고, 상기 편광필름의 투명지지체면 위에 배향막을 코팅하고, 건조, 경화하여 배향막을 형성하는 단계와; 상기 배향막 위에 러빙처리를 하는 러빙단계와; 상기 러빙처리된 배향막 위에 네마틱 액정을 코팅하고 건조, 경화하는 액정층 형성단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명에서 사용되는 편광필름은 통상적으로 제작된 것을 사용한다. 즉, 편광필름은 폴리비닐알코올(Poly Vinyl Alcohol, PVA)을 요오드(Iodine)나 이색성 염료 용액으로 처리한 후 연신한 편광자 상, 하면에 편광자 보호층이 형성된 구조이 다. 상기 편광자 보호층은 투명지지체로 이루어져 있다.
상기 투명지지체로는 트리아세틸셀룰로스(TAC) 필름, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름, 무연신 씨클로 올레핀(COP) 계열의 필름 등이 있다.
한편, 기저필름으로 사용되는 편광필름은 표면에 다양한 기능성층 코팅된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 기능성층의 예로는 대전방지층, 하드코팅층, 방현층 등이 있다. 대전방지층은 정전기 발생을 막아주는 기능을 수행하며, 하드코팅층은 표면경도을 강화하는 기능을 수행하고, 방현층은 눈부심을 방지하는 기능을 수행한다.
이하, 본 발명에 의한 IPS용 보상필름을 구비한 광학소자의 제조방법을 단계별로 살펴보면 다음과 같다.
(1) 배향막 형성단계
배향막은 배향막 수지, 경화제를 포함하여 구성된 배향막 코팅 조성물을 용매에 혼합하여 용액의 형태로 제조한 다음 소정 크기로 절단된 편광필름의 투명지지체면 위에 연속식 회전 코팅기에서 스핀 코팅방식에 의해 코팅을 수행한 후, 건조, 경화하는 배향막 경화단계로 이루어진다. 상기 편광필름 표면에는 상술한 기능층이 코팅 형성될 수도 있다.
1) 배향막 코팅단계
본 발명에서는 배향막 수지, 경화제를 포함하여 구성된 배향막 코팅 조성물을 용매와 제조한 형태의 용액을 배향막 코팅용액이라 정의한다.
상기 배향막 코팅용액을 소정크기로 절단된 편광필름의 투명지지체면 위에 스핀 코팅방식을 통해 코팅함으로써 수행된다.
본 발명의 스핀 코팅방식에서 적용되는 회전속도 및 회전시간은 다음과 같다.
본 발명에서 스핀 코팅의 회전속도 50rpm 내지 5,000rpm에서 상기 배향막 코팅용액을 코팅하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 100rpm 내지 4,000rpm이다. 더더욱 바람직한 스핀 코팅의 회전속도는 500rpm 내지 3,000rpm이다.
스핀 코팅의 회전속도가 50rpm보다 작으면, 원하는 소정의 박막을 얻을 수 없음은 물론 편광필름 표면에 배향막이 고르게 도포되지 못한다. 또한, 5,000rpm보다 크면 높은 원심력으로 인하여 배향막의 중앙부와 바깥 부분에서 두께 차이가 발생한다. 또한, 높은 회전속도를 유지하기 위하여 스핀 코팅 장치에 무리가 갈 수 있으며 편광필름 자체의 내구성에 영향을 줄 수 있다.
더불어, 본 발명의 스핀 코팅단계에서 회전시간은 10초 내지 500초인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 30초 내지 400초이다. 더더욱 바람직하게는 60초 내지 300초이다. 회전시간은 배향막 코팅용액의 점도, 코팅시키고자 하는 배향막의 두께에 따라서 변할 수 있다.
회전시간이 10초 보다 작으면 편광필름에 배향막을 고르게 도포시키는 충분한 시간을 확보하기 힘들고, 500초 보다 크면 경제성이 떨어진다.
본 발명에서 사용되는 배향막 수지는 자외선 경화성수지를 사용하는 것이 바람직하다. 그 예로 불포화 폴리에스테르 수지, 다관능 아크릴레이트 수지, 다관능 메타아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴 수지, 에폭시 아크릴레이트 수지 등을 단독 또는 혼합한 것을 사용할 수 있다. 본 발명에서 사용가능한 배향막 수지는 동일한 작용 효과를 나타낸다면 그 범위가 상기 나열된 수지에 한정되지 않음은 물론이다.
또한, 상기 배향막 수지는 분자 내 1개 이상의 극성기와 1개 이상의 관능기를 갖는 화합물을 사용한다. 여기서 1개 이상의 극성기는 화합물 내에 히드록시기, 아미노기, 우레탄기 또는 이소시아네이트 고리 중 적어도 하나인 경우가 적당하며 상이한 극성기가 존재하여도 상관없다. 배향막은 표면저항이 작은 것일수록 후술할 액정의 수직배향성이 커지므로 표면저항이 작은 배향막 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 그 일례로 사이드 체인(Side-Chain)을 가진 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 배향막 수지의 함량은 배향막 코팅용액 100중량%에 있어서, 15중량% 내지 55중량%가 바람직하다. 더 바람직하게는 20중량% 내지 40중량%이다. 상기 배향막 수지의 함량이 15중량% 미만이면 경도가 낮아 배향막을 형성하기에 부족하고, 55중량% 보다 많으면 필요 이상으로 배향막 수지가 포함되어 경제성이 떨어진다는 단점이 있다.
또한, 상기 경화제는 배향막 수지의 종류에 따라서 하나의 경화제를 선택하거나 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있으며, 바람직하게는 이소시아네이트계 화합물, 에폭시계 화합물, 아지리딘계 화합물, 금속 킬레이트 화합물, 금속 알콕사이드 금속염, 아민 화합물, 히드리진 화합물 등을 단독 또는 혼합하여 사용한다.
본 발명에서는 배향막 수지로 자외선 경화성수지만을 사용하므로 경화제도 자외선 경화성 경화제만을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 사용하는 경화성수지의 종류, 물리화학적 성질 등에 따라서 경화제의 종류, 크기, 함량 등을 조정하여 선택하는 것이 바람직하다.
본 발명에서의 이소시아네이트계 화합물은 트리메틸렌 디이소시아네이트(trimethylene diisocyanate), 헥사메틸렌 디이소시아네이트(hexamethylene diisocyanate), 이소포론 디이소시아네이트(isophorone diisocyanate), 디페닐메탄 이소시아네이트(diphenylmethane isocyanate), 자이렌 디이소시아네이트(xylene diisocyanate) 등의 방향족 디이소시아네이트계 화합물, 헥사메틸 디이소시아네이트(hexamethyl diisocyanate) 등의 지방족 디이소시아네이트 화합물(aliphatic diisocyanate) 등을 단독 또는 혼합하여 사용한다.
또한, 본 발명에서의 에폭시계 화합물은 폴리에틸렌 글리콜 디글리시딜 에테르(polyethylene glycol diglycidyl ether), 디글리시딜 에테르(diglycidyl ether), 트리메틸올 프로판 트리글리시딜 에테르(trimethylol propane triglycidyl ether) 등을 단독 또는 혼합하여 사용한다.
본 발명의 배향막을 형성하기 위해 사용되는 경화제는 배향막 코팅용액 100중량%에 대하여 0.1중량% 내지 10중량% 사용하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.5중량% 내지 5중량%이다.
본 발명에서 경화제는 배향막 코팅 조성물의 분자량 또는 사슬 구조를 제어하기 위하여 사용하는 첨가제로서, 전술한 범위에서 경화제를 사용하면 상 분리 현 상 등을 억제하는 효과가 두드러진다. 경화제의 함량이 0.1중량% 보다 작으면 경화제 기능을 기대하기 힘들고, 10중량% 보다 크면 경화성 수지의 함량이 상대적으로 낮아 경도를 높이기 어렵다.
또한, 배향막 코팅단계에서 사용되는 용매는 상기 배향막 코팅 조성물(배향막 수지와 경화제를 포함하여 구성되는 조성물)과 잘 혼합될 수 있는 것이면 적당하다. 대표적인 예로는 이소프로필알콜(IPA, Iso Propyl Alcohol)이 있다.
그리고 상기 배향막 수지가 함유되어 있는 용액의 점도는 1cps 내지 500cps인 것이 바람직하다. 점도가 1cps 이하에서는 제조되는 배향막의 두께를 얇게 조절할 수 있으나, 상기 배향막의 경도가 낮아져 배향막을 기능하기에 불충분할 우려가 있으며, 점도 500cps 이상에서는 제조되는 배향막의 두께가 필요 이상으로 두꺼워져 배향막의 두께 조절이 어렵고, 막의 일부가 두껍게 되는 문제점이 나타난다.
2) 배향막 건조단계
배향막 건조단계에서는 상기 1)단계에서 배향막이 균일하게 도포된 편광필름을 건조하는 공정을 수행하게 된다. 즉, 배향막 건조단계에서는 배향막 코팅단계에서 도포된 용매를 휘발시킨다.
상기 배향막 건조단계는 연속식 회전 코팅기에 수행되며, 회전속도는 100rpm 내지 6,000rpm로 수행하는 것이 바람직하다. 100rpm 이하의 회전속도는 건조의 기능을 제대로 구현하기가 힘들고, 6,000rpm 이상의 회전속도는 장치에 무리가 갈 염려가 있다.
건조단계에서 수행하는 건조온도는 15℃ 내지 60℃가 바람직하고, 더욱 바람 직하게는 25℃ 내지 50℃이다. 건조온도가 15℃보다 낮으면 용매를 제거하는데 걸리는 시간이 길어지고, 건조온도가 60℃보다 높으면 배향막의 물성에 영향을 줄 수 있다.
또한, 건조시간은 15초 내지 250초 정도가 바람직하다. 더 바람직하게는 55초 내지 200초, 더더욱 바람직하게는 60초 내지 100초 이다. 건조시간의 15초 이하이면 건조의 효과가 제대로 나타나지 못하고, 250초 이상의 건조는 물성에 영향을 줄 수 있다.
3) 배향막 경화단계
배향막 경화단계에서는 상기 2)단계에서 건조된 배향막에 자외선(UV)을 가해 경화하여 배향막층을 형성한다.
상기 UV 경화단계는 건조된 배향막을 편광필름에 완전히 부착시키고 건조공정에서 미처 제거하지 못한 용매를 완전히 제거하기 위해 수행한다.
또한, UV의 에너지 범위는 250mJ/cm2 내지 600mJ/cm2 인 것이 바람직하다. 에너지 조사량이 250mJ/cm2 이하인 경우 충분한 경화효과가 나타나지 못하고 600mJ/cm2 이상인 경우는 배향막의 물성에 영향을 줄 수 있다.
경화시간은 UV의 에너지 조사량에 대응하여 상대적으로 결정되며, 경화시간은 45초 내지 130초가 바람직하다. 경화시간이 45초 이하인 경우는 경화의 효과가 충분히 나타나지 못하고, 130초 이상인 경우는 배향막의 물성 및 내구성에 영향을 미쳐 배향막의 기능을 떨어뜨릴 수 있다. 상기의 자외선 경화는 초고온 수은등, 고 압 수은등, 저압 수은등, 카본아크, 크세논아크, 메탈할라이드 램프 등의 광원으로부터 발하는 자외선 등을 사용한다.
상기 배향막은 그 두께를 0.01㎛ 내지 5㎛로 되게 형성하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.05㎛ 내지 3㎛이다. 두께가 5㎛ 보다 두꺼워지면 IPS용 보상필름의 두께가 필요 이상으로 두꺼워지며, 0.01㎛ 보다 얇으면 후술할 네마틱 액정의 배향이 제대로 이루어지지 못하여 IPS-LCD의 보상을 제대로 수행하지 못한다는 단점이 있다.
(2) 러빙단계
러빙단계는 상기 (1)단계에서 형성된 배향막을 러빙장치를 통과시켜 표면에 일정한 방향으로의 배향을 돕는 공정을 수행한다. 러빙단계는 특별히 제한되지 않지만 나중에 액정성 화합물의 배향 및 균일성에 영향을 주기 때문에 상기 공정은 평활한 것이 바람직하다. 상기 러빙단계에서 수행하는 러빙처리란, 예컨대 레니온, 나일론, 코튼, 아라미드 등의 섬유를 식모한 벨벳 모양의 천을 롤에 붙인 러빙 롤을 제작하고, 이 롤을 고속 회전시킨 상태로 유기물질이 코팅된 표면을 처리하는 방법이다. 또는 러빙 롤을 고정한 상태로 고속 회전시켜 필름을 러빙 롤에 접촉시키면서 반송시킴으로써, 러빙공정을 수행할 수 있다. 러빙처리의 조건은 사용하는 고분자 필름이나 적층하는 플라스틱 필름 또는 천의 종류, 러빙 롤의 직경 또는 러빙 롤의 회전수 및 회전방향, 고분자 필름 또는 러빙 롤의 이동속도 및 고분자 필름에의 러빙 롤의 가압 정도 등에 의해서 다르게 설정된다. 상기 러빙은 후술할 액 정이 수직배향을 갖도록 처리하는 것이 바람직하다. 상기 방향의 러빙처리로 인해 후술할 액정층이 포지티브 C플레이트의 역할을 하게 되는 것이다.
(3) 액정층 형성단계
본 발명에서 액정층 형성단계는 상기 러빙단계에서 러빙처리된 배향막 위에 연속식 회전 코팅기에서 스핀 코팅방식에 의해 액정층을 코팅하고, 건조, 경화함으로써 수행된다.
1) 액정층 코팅단계
네마틱 액정이라 함은 분자 위치에 규칙성이 없지만 분자축을 전제로 한 방향으로 향한 질서(orientation order)를 가지고 있는 액정으로 분자의 방향은 위, 아래가 거의 동등하기 때문에 분극이 상쇄되어 일반적으로 강유전성을 나타낸다.
액정층 코팅단계는 상기 네마틱 액정이 포함된 액정 조성물을 용매에 용해시킨 용액(이하 '액정 코팅용액')의 형태로 연속식 회전 코팅기에서 스핀 코팅방식에 의해 상기 배향막 위에 코팅하게 된다.
본 발명의 스핀 코팅방식에서 적용되는 회전속도 및 회전시간은 다음과 같다.
본 발명에서 스핀 코팅의 회전속도 50rpm 내지 5,000rpm에서 상기 액정 코팅용액을 코팅하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 100rpm 내지 4,000rpm이다. 더더욱 바람직한 스핀 코팅의 회전속도는 500rpm 내지 3,000rpm이다.
스핀 코팅의 회전속도가 50rpm보다 작으면, 원하는 소정의 박막을 얻을 수 없음은 물론 배향막 표면에 액정층이 고르게 도포되지 못한다. 또한, 5,000rpm보다 크면 높은 원심력으로 인하여 액정층의 중앙부와 바깥 부분에서 두께 차이가 발생한다. 또한, 높은 회전속도를 유지하기 위하여 스핀 코팅 장치에 무리가 갈 수 있으며 편광필름 자체의 내구성에 영향을 줄 수 있다.
더불어, 본 발명의 스핀 코팅단계에서 회전시간은 10초 내지 500초인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 30초 내지 400초이다. 더더욱 바람직하게는 60초 내지 300초이다. 회전시간은 액정 코팅용액의 점도, 코팅시키고자 하는 액정층의 두께에 따라서 변할 수 있다.
회전시간이 10초 보다 작으면 배향막에 액정층을 고르게 도포시키는 충분한 시간을 확보하기 힘들고, 500초 보다 크면 경제성이 떨어진다.
사용되는 네마틱 액정은 수직 배향성을 갖는 것이 바람직하다. 그 일례로 호메오트로픽(homeotropic) 분자배열을 나타내는 액정이 바람직하다. 또한, 그 배향상태를 용이하게 고정할 수 있는 액정성 고분자에 소정량의 광학활성 성분을 첨가한 경화형 네마틱 액정성 고분자(모노머 형태가 후술할 경화단계를 거치면 고분자 형태가 된다)를 사용하는 것이 바람직하다. 경화형 네마틱 액정을 사용하는 이유는 보상필름으로 사용되어야 하기 때문이다.
상기 광학활성 성분으로서는 광학활성을 나타내는 것이면 어느 것이나 가능하지만 광학활성인 고분자 화합물 또는 고분자 조성물을 사용하는 것이 바람직하다. 분자 내에 광학활성인 기를 갖는 것이라면 어느 것도 사용할 수 있는데, 상기 액정성 고분자와의 상용성의 관점으로부터 광학활성인 액정성 고분자 화합물 또는 액정성 고분자 조성물인 것이 바람직하다. 그 액정성 고분자로서는, 폴리아크릴레이트, 폴리메타아크릴레이트, 폴리말로네이트, 폴리실록산, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리에스테르아미드, 폴리카보네이트, 폴리펩티드, 셀룰로스 또는 이들 액정성 고분자를 주성분으로 하는 조성물 등을 들 수 있다. 그 중에서도 방향족 주체의 광학활성인 액정성 폴리에스테르가 바람직한 예로서 포함된다.
또 분자 내에 광학활성인 기를 갖는 액정성 고분자로서는, 고분자 주쇄중에 광학활성인 기를 갖는 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리에스테르이미드 또는 고분자의 측쇄에 광학활성인 기를 갖는 폴리아크릴레이트, 폴리메타아크릴레이트, 폴리말로네이트, 폴리실록산 등을 예로서 들 수 있다. 그 중에서도 배향성이 좋고, 합성도 비교적 용이한 액정성 폴리에스테르가 바람직하다. 폴리머의 구성단위로서는 방향족 혹은 지방족 디올단위, 방향족 혹은 지방족 디카르본산 단위, 방향족 혹은 지방족 히드록시카르본산 단위를 호적한 예로서 들 수 있다.
또한, 상기 네마틱 액정을 포함하여 구성된 액정 조성물을 용해시키기 위해 사용되는 용매로는 클로로폼, 디클로로에탄, 테트라클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 테트라클로로에틸렌, o-디클로로벤젠 등의 할로겐화 탄화수소, 이들과 페놀류와의 혼합용매, 켄톤류, 에테르류, 디메틸폼아미드, 디메틸아세트아미드, 디메틸설폭시드, N-메틸필롤리돈, 설폴란, 씨클로헥사논, 자일렌, 톨루엔 등이 있다.
상기 액정 조성물의 함량은 액정 코팅용액 100중량%에 있어서, 15중량% 내지 60중량%가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 20중량% 내지 40중량%이다.
액정 조성물의 함량이 15중량% 보다 작으면 원하는 시야각 보상 기능을 제대로 수행할 수 없고, 60중량% 보다 많으면 액정 조성물이 필요 이상으로 많이 함유되어 공정의 제어가 힘들어질 뿐 아니라 경제성이 떨어진다는 단점이 있다.
또한, 상기 광학활성 성분은 네마틱 액정성 고분자 100중량부에 대하여, 5중량부 내지 15중량부인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 8중량부 내지 13중량부이다. 광학활성 성분의 함량이 5중량부 이하이면 광학활성 기능을 제대로 수행할 수 없고, 15중량부 이상은 효과 면에서 별반 차이가 없으므로 무의미하다.
또한, 상기 액정 코팅용액은 점도는 1cps 내지 600cps인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 10cps 내지 450cps이다. 더더욱 바람직하게는 50cps 내지 300cps이다.
상기 액정 코팅용액의 점도가 1cps보다 작으면 점착력이 떨어져 용이하게 액정 코팅용액을 도포시키기 힘들며, 600cps보다 크면 점착력이 지나치게 커서 공정을 제어하기 어렵다.
2) 건조단계
건조단계에서는 상기 액정층 코팅단계에서 액정층에 도포된 용매를 제거시키기 위해서 수행된다.
상기 액정층 건조단계는 연속식 회전 코팅기에 수행되며, 회전속도는 100rpm 내지 6,000rpm로 수행하는 것이 바람직하다. 100rpm 이하의 회전속도는 건조의 기능을 제대로 구현하기가 힘들고, 6,000rpm 이상의 회전속도는 장치에 무리가 갈 염려가 있다.
건조단계에서 수행하는 건조온도는 15℃ 내지 60℃가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 25℃ 내지 55℃이다. 건조온도가 15℃보다 낮으면 용매를 제거하는데 걸리는 시간이 길어지고, 건조온도가 60℃보다 높으면 액정층의 물성에 영향을 줄 수 있다.
또한, 건조시간은 15초 내지 300초 정도가 바람직하다. 더 바람직하게는 55초 내지 200초, 더더욱 바람직하게는 60초 내지 100초 이다. 건조시간의 15초 이하이면 건조의 효과가 제대로 나타나지 못하고, 300초 이상의 건조는 물성에 영향을 줄 수 있다.
3) 액정층 경화단계
액정층 경화단계에서는 상기 건조단계에서 건조된 액정층에 자외선(UV)을 가해 경화하여 액정층을 형성한다.
상기 액정층 경화단계는 건조된 액정층을 배향막에 완전히 부착시키고 건조공정에서 미처 제거하지 못한 용매를 완전히 제거하기 위해 수행한다.
또한, UV의 에너지 범위는 250mJ/cm2 내지 600mJ/cm2 인 것이 바람직하다. 에너지 조사량이 250mJ/cm2 이하인 경우 충분한 경화효과가 나타나지 못하고 600mJ/cm2 이상인 경우는 배향막의 물성에 영향을 줄 수 있다.
경화시간은 UV의 에너지 조사량에 대응하여 상대적으로 결정되며, 경화시간은 45초 내지 130초가 바람직하다. 경화시간이 45초 이하인 경우는 경화의 효과가 충분히 나타나지 못하고, 130초 이상인 경우는 액정층의 물성 및 내구성에 영향을 미쳐 액정층의 기능을 떨어뜨릴 수 있다. 상기의 자외선 경화는 초고온 수은등, 고압 수은등, 저압 수은등, 카본아크, 크세논아크, 메탈할라이드 램프 등의 광원으로부터 발하는 자외선 등을 사용한다.
상기 액정층은 그 두께를 0.01㎛ 내지 20㎛로 되게 형성하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 1㎛ 내지 10㎛이다. 액정층의 두께가 0.01㎛ 보다 얇아지면 원하는 시야각 보상기능을 수행하기가 힘들고, 20㎛ 보다 두꺼워지면 시야각 보상필름의 두꺼워진다는 단점이 있다.
상기의 과정을 거쳐 제조된 IPS용 보상필름이 구비된 광학소자가 점착제에 의해 IPS LCD셀에 부착된 구조도가 도 1에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 편광자(200) 상, 하면에 투명지지체(100, 300)가 부착된 편광필름이 구비되고, 상기 투명지지체(300) 위에 배향막(400)이 코팅되며, 그 위에 액정층(500) 코팅된 본 발명의 일실시예에 의한 광학소자가 점착제(600)에 의해 IPS LCD셀(700) 부착된 구조이다. 상기 액정층(500)이 포지티브 C플레이트의 역할을 수행하게 된다.
이하, 하기 실시예를 통하여 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명할 것이나, 하기하는 실시예는 본 발명의 일 예시일 뿐 본 발명이 이러한 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
1) 통상적인 방법에 편광필름을 제작한 후, 가로, 세로 500mm으로 자른 뒤 연속식 회전 코팅기에서 편광필름의 투명지지체(TAC면) 일면에 배향막을 코팅, 건 조, 자외선 조사하여 두께 1㎛의 배향막을 얻었다.
배향막 수지로는 다관능 아크릴레이트 계열 및 다관능 메타아크릴레이트 계열의 배향막 수지으로서 디펜타아크릴로일 아크릴레이트(니뽕 가야꾸 제조 Kayard D-310)와 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트(니뽕 가야꾸 제조 Kayarad PET-30)을 무게비 9:1로 혼합한 배향막 수지를 35중량%, 경화제로는 트리메틸렌 디이소시아네이트를 3중량% 혼합하여, 상기의 혼합 조성물(배향막 수지+경화제)을 이소프로필 알콜에 용해시켜 용액의 형태로 스핀코팅을 수행하였다. 회전속도는 200rpm으로 하였다. 또한, 상기 건조는 온도를 25℃로, 시간은 1분 동안 수행하였다. 경화는 300mJ/cm2 UV를 조사하여 수행하였다.
2) 상기 배향막을 편광필름의 흡수축 방향으로 러빙처리(천을 사용하여 러빙처리함) 하였다.
3) 액정으로는 네마틱 경화성 액정 용액(Merck社 RMS04-015)을 사용하여 코팅을 수행하였다. 상기 네마틱 경화성 액정 용액(Merck社 RMS04-015)은 네마틱 액정 33중량%가 자일렌에 용해된 것(액정 코팅용액)이다. 그리고 상기 액정 코팅용액을 배향막 위에 스핀 코팅방식(회전속도 500rpm, 회전시간 1분)에 의해 코팅하고 25℃에서 1분 동안 건조 후, 300mJ/cm2 의 에너지로 자외선 경화하여 액정층을 형성하되, 액정층의 두께가 1㎛가 되게 IPS용 보상필름이 구비된 광학소자를 제조하였다.
실시예 2
상기 액정층의 두께를 1.5㎛로 증가시키는 것 외에는 실시예 1과 동일한 조건으로 시야각 보상필름을 제조하였다.
실시예 3
상기 액정층의 두께를 2㎛로 증가시키는 것 외에는 실시예 1과 동일한 조건으로 시야각 보상필름을 제조하였다.
비교예 1
IPS용 보상필름이 구비되지 않은 광학소자를 사용하였다.
[표 1]에는 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 비교예 1에서 얻어진 광학소자의 밀착성, 투과율, 교차투과율, 편광도, 색상값이 나타나 있다.
구분 밀착성 투과율 (%) 교차투과율 (%) 편광도 (%) L a b
실시예 1 100/100 41.99 0.002 99.994 64.79 -1.43 3.98
실시예 2 100/100 41.34 0.001 99.997 64.29 -1.34 3.89
실시예 3 100/100 41.71 0.029 99.921 64.57 -1.44 3.97
비교예 1 - 42.85 0.001 99.998 65.46 -1.36 3.14
(L, a,b는 색좌표)
상기 표 1을 살펴보면, 실시예 1 내지 실시예 3과 비교예 1의 물성치 값이 거의 동일한 기능을 나타내고 있다. 이는 포지티브 C플레이트의 기능을 하면서도 물성이 변하지 않고, 동일한 용도로 사용될 수 있음을 의미한다.
한편, 도 2 내지 도 3은 실시예 1과 실시예 2에서 얻어진 광학소자의 위상축에 대한 경사각에 따른 위상차 변화를 나타내는 그래프이고, 도 4는 비교예 1에서 사용된 광학소자의 위상축에 대한 경사각에 따른 위상차 변화를 나타내는 그래프이다. 도시된 바와 같이, 도 4(비교예 1과 관련)에서 0도에서 50도 사이에서 위상차 변화가 대략 16nm인 반면, 도 2에서는 위상차 변화가 대략 12nm, 도 3은 위상차 변화가 대략 5nm 정도이다. 이는 네마틱 액정이 수직 배향을 하면서 시야각이 개선됨을 의미한다. 다만, 도 2보다는 도 3에서 나타내어진 보상필름의 액정층의 두께가 두꺼우므로 위상차 변화가 더 줄어든 것이라고 해석하면 된다.
이상, 본 발명을 구성을 중심으로 실시예와 비교예를 참조하여 상세하게 설명하였다. 그러나 본 발명의 권리범위는 상기 실시예에 한정되는 것은 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 가능한 다양한 변형 가능한 범위까지 본 발명의 청구 범위 기저의 범위 내에 있는 것으로 본다.
또한, 본 발명에서의 바람직한 범위, 더욱 바람직한 범위, 더더욱 바람직한 범위 한정은 그 효과를 더욱 극대화시키기 위한 것으로서, 한정 범위가 좁혀짐으로써 더욱 만족스러운 기술적 효과를 얻을 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 IPS용 보상필름을 구비한 광학소자의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 광학소자는 편광필름의 투명지지체면 위에 배향막을 형성하고 네마틱 액정을 코팅함으로써, +C-plate 보상필름으로서 기능을 하면서도 박막으로 형성할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 연신법을 사용하지 않고, 스핀 코팅기법을 사용함으로써 공정의 복잡화를 해결할 수 있으며, 균일한 액정층을 형성할 수 있다는 장점이 있다.

Claims (10)

  1. (a) 회전속도는 50rpm 내지 5,000rpm로, 회전시간은 10초 내지 500초로 하는 연속 회전식 코팅기에서, 배향막 수지와 경화제를 포함하여 구성된 배향막 코팅 조성물을 용매에 혼합한 배향막 코팅용액 100중량%에 있어서,
    ⅰ) 상기 배향막 수지는 15중량% 내지 55중량%
    ⅱ) 상기 경화제는 0.1중량% 내지 10중량%로 혼합한 배향막 코팅용액을 편광필름의 투명지지체면 위에 스핀 코팅방식에 따라 코팅하고, 건조, 자외선 경화하여 배향막을 형성하는 배향막 형성단계;
    (b) 상기 단계에서 형성된 배향막을 상기 편광필름의 흡수축 방향으로 러빙 처리하는 러빙단계; 및
    (c) 상기 러빙 처리된 배향막 위에 15중량% 내지 60중량%로 네마틱 액정이 혼합된 액정 코팅용액을 회전속도는 50rpm 내지 5,000rpm로, 회전시간은 10초 내지 500초로 하는 회전조건으로 스핀코팅을 수행하고 , 건조, 자외선 경화하여 액정층을 형성하는 액정층 형성단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 IPS용 보상필름을 구비한 광학소자의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광필름의 표면에는 대전방지층, 하드코팅층, 방현층 중 적어도 하나의 기능성층이 코팅된 것을 특징으로 하는 IPS용 보상필름을 구비한 광학소자의 제 조방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 (a)단계에서 배향막 수지는 불포화 폴리에스테르 수지, 다관능 아크릴레이트 수지, 다관능 메타아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴 수지, 에폭시 아크릴레이트 수지 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 IPS용 보상필름을 구비한 광학소자의 제조방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 (c)단계에서 네마틱 액정은 수직 배향성을 가지며, 액정성 고분자에 광학활성 성분을 첨가한 경화형 네마틱 액정성 고분자를 사용하되, 상기 광학활성의 함량은 상기 네마틱 액정성 고분자 100중량부에 대하여 5중량부 내지 15중량부인 것을 특징으로 하는 IPS용 보상필름을 구비한 광학소자의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 네마틱 액정성 고분자는 폴리아크릴레이트, 폴리메타아크릴레이트, 폴리말로네이트, 폴리실록산, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리에스테르아미드, 폴리카보네이트, 폴리펩티드, 셀룰로스 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 IPS용 보상필름을 구비한 광학소자의 제조방법.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 (a)단계의 상기 배향막 코팅용액의 점도는 1cps 내지 500cps인 것을 특징으로 하는 IPS용 보상필름을 구비한 광학소자의 제조방법.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 (c)단계의 상기 액정 코팅용액의 점도는 1cps 내지 600cps인 것을 특징으로 하는 IPS용 보상필름을 구비한 광학소자의 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 (c)단계에서 형성된 액정층은 그 두께가 0.01㎛ 내지 20㎛로 코팅되는 것을 특징으로 하는 IPS용 보상필름을 구비한 광학소자의 제조방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 (c)단계에서 사용되는 용매는 클로로폼, 디클로로에탄, 테트라클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 테트라클로로에틸렌, O-디클로로벤젠 등의 할로겐화 탄화수소, 이들과 페놀류와의 혼합용매, 켄톤류, 에테르류, 디메틸폼아미드, 디메틸아세트아미드, 디메틸설폭시드, N-메틸필롤리돈, 설폴란, 씨클로헥사논, 자일렌, 톨루엔 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 IPS용 보상필름을 구비한 광학소자의 제조방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 IPS용 보상필름을 구비한 광학소자의 제조방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 IPS용 보상필름을 구비한 광학소자.
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