KR20100027244A - 위상차 필름 및 그의 제조 방법, 광학 기능 필름, 편광 필름, 및 표시 장치 - Google Patents

위상차 필름 및 그의 제조 방법, 광학 기능 필름, 편광 필름, 및 표시 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 위상차층을 형성한 경우 발생하는 기재로부터의 위상차층의 박리 등의 문제점이 없으며, 신뢰성이 높고, 적은 수량으로도 용이하게 임의의 리타데이션값을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 편광층 등의 친수성 필름과의 접착성도 양호하게 할 수 있는 위상차 필름을 제공하는 것을 주목적으로 한다. 또한, 본 발명은 고분자 필름 내에 굴절률 이방성을 갖는 재료가 함유되어 이루어지며, 상기 굴절률 이방성을 갖는 재료가 상기 고분자 필름의 두께 방향에 농도 구배를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 위상차 필름을 제공한다.

Description

위상차 필름 및 그의 제조 방법, 광학 기능 필름, 편광 필름, 및 표시 장치{RETARDATION FILM, PROCESS FOR PRODUCING THE SAME, OPTICAL FUNCTIONAL FILM, POLARIZING FILM AND DISPLAY APPARATUS}
본 발명은, 액정 표시 장치 등의 표시 장치에 조립되어 이용되는 위상차 필름 및 그의 제조 방법, 광학 기능 필름, 편광 필름, 및 표시 장치에 관한 것이다.
종래의 일반적인 액정 표시 장치로서는 도 17에 도시한 바와 같이, 입사측의 편광판 (102A)와, 출사측의 편광판 (102B)와, 액정셀 (104)를 갖는 것을 들 수 있다. 편광판 (102A) 및 (102B)는, 소정의 진동 방향의 진동면을 갖는 직선 편광(도면 중, 화살표로 모식적으로 도시)만을 선택적으로 투과시키도록 구성된 것이며, 각각의 진동 방향이 서로 직각의 관계가 되도록 크로스니콜 상태로 대향하여 배치되어 있다. 또한, 액정셀 (104)는 화소에 대응하는 다수의 셀을 포함하는 것이며, 편광판 (102A)와 (102B) 사이에 배치되어 있다.
여기서, 이러한 액정 표시 장치 (100)에서, 액정셀 (104)가 음의 유전 이방성을 갖는 네마틱 액정이 밀봉된 VA(Vertical Alig㎚ent) 방식(도면 중, 액정의 디렉터를 점선으로 모식적으로 도시)을 이용하고 있는 경우를 예로 들면, 입사측의 편광판 (102A)를 투과한 직선 편광은, 액정셀 (104) 중 비구동 상태의 셀 부분을 투과할 때, 위상 이동되지 않고 투과하여 출사측의 편광판 (102B)에서 차단된다. 이에 비해, 액정셀 (104) 중 구동 상태의 셀 부분을 투과할 때에는, 직선 편광이 위상 이동되어, 이 위상 이동량에 따른 양의 빛이 출사측의 편광판 (102B)를 투과하여 출사된다. 이에 따라, 액정셀 (104)의 구동 전압을 각 셀마다 적절하게 제어함으로써, 출사측의 편광판 (102B)측에 원하는 화상을 표시할 수 있다. 또한, 액정 표시 장치 (100)으로서는, 상술한 바와 같은 빛의 투과 및 차단의 양태를 취하는 것으로 한정되지 않으며, 액정셀 (104) 중 비구동 상태의 셀 부분으로부터 출사된 빛이 출사측의 편광판 (102B)를 투과하여 출사되는 반면, 구동 상태의 셀 부분으로부터 출사된 빛이 출사측의 편광판 (102B)에서 차단되도록 구성된 액정 표시 장치도 고안되어 있다.
그런데, 상술한 바와 같은 VA 방식의 액정셀 (104) 중 비구동 상태의 셀 부분을 직선 편광이 투과하는 경우를 생각하면, 액정셀 (104)는 복굴절성을 갖고 있으며, 두께 방향의 굴절률과 면 방향의 굴절률이 상이하기 때문에, 입사측의 편광판 (102A)를 투과한 직선 편광 중 액정셀 (104)의 법선(法線)에 따라 입사한 빛은 위상 이동되지 않고 투과하지만, 입사측의 편광판 (102A)를 투과한 직선 편광 중 액정셀 (104)의 법선으로부터 경사진 방향으로 입사한 빛은 액정셀 (104)를 투과할 때 위상차가 발생하여 타원 편광이 된다. 이 현상은, 액정셀 (104) 내에서 수직 방향으로 배향된 액정 분자가 양(正)의 C 플레이트로서 작용하는 것에 기인한 것이다. 또한, 액정셀 (104)를 투과하는 빛(투과광)에 대하여 발생하는 위상차의 크기는, 액정셀 (104) 내에 봉입된 액정 분자의 복굴절값이나, 액정셀 (104)의 두께 및 투과광의 파장 등에도 영향을 받는다.
이상의 현상에 의해, 액정셀 (104) 내의 특정 셀이 비구동 상태이며, 본래 직선 편광이 그대로 투과되어 출사측의 편광판 (102B)에서 차단되어야 하는 경우에도, 액정셀 (104)의 법선으로부터 경사진 방향으로 출사된 빛의 일부가 출사측의 편광판 (102B)로부터 새어나오게 된다.
이 때문에, 상술한 바와 같은 종래의 액정 표시 장치 (100)에서는, 정면으로부터 관찰되는 화상에 비해, 액정셀 (104)의 법선으로부터 경사진 방향으로부터 관찰되는 화상의 표시 품위가 주로 콘트라스트가 저하됨으로써 악화된다는 문제점(시각 의존성의 문제점)이 있었다.
상술한 바와 같은 종래의 액정 표시 장치 (100)에서의 시각 의존성의 문제점을 개선하기 위해, 현재까지 다양한 기술이 개발되고 있으며, 그 중 하나로서 예를 들면 특허 문헌 1 또는 특허 문헌 2에 개시되어 있는 바와 같이, 콜레스테릭 규칙성의 분자 구조를 갖는 위상차층(복굴절성을 나타내는 위상차층)을 이용하여, 이러한 위상차층을 액정셀과 편광판 사이에 배치함으로써 광학 보상을 행하도록 한 액정 표시 장치가 알려져 있다.
여기서, 콜레스테릭 규칙성의 분자 구조를 갖는 위상차 광학 소자에서는, λ=navㆍp(p: 액정 분자의 나선 구조에서의 나선(헤리컬) 피치, nav: 나선축에 직교하는 평면 내에서의 평균 굴절률)로 표시되는 선택 반사 파장이, 예를 들면 특허 문헌 1 또는 특허 문헌 2에 개시되어 있는 바와 같이, 투과광의 파장보다 작아지거나 또는 커지도록 조정하고 있다.
한편, 예를 들면 특허 문헌 3에 개시되어 있는 바와 같이, 원반상 화합물을 포함하는 위상차층(복굴절성을 나타내는 위상차층)을 이용하여, 이러한 위상차층을 액정셀과 편광판 사이에 배치함으로써 광학 보상을 행하도록 한 액정 표시 장치도 알려져 있다.
상술한 바와 같은 위상차 광학 소자에서는, 상술한 액정셀의 경우와 마찬가지로, 위상차층의 법선으로부터 경사진 방향으로 입사하는 직선 편광은, 위상차층을 투과할 때 위상차가 발생하여 타원 편광이 된다. 이 현상은, 콜레스테릭 규칙성의 분자 배열이나 원반상 화합물 자체가 음의 C 플레이트로서 작용하는 것에 기인하는 것이다. 또한, 위상차층을 투과하는 빛(투과광)에 대하여 발생하는 위상차의 크기는, 위상차층 내의 액정 분자의 복굴절값이나, 위상차층의 두께 및 투과광의 파장 등에도 영향을 받는다.
따라서, 상술한 바와 같은 위상차층을 이용하면, 양의 C 플레이트로서 작용하는 VA 방식의 액정셀에서 발생하는 위상차와, 음의 C 플레이트로서 작용하는 위상차층에서 발생하는 위상차가 상쇄되도록 위상차층을 적절하게 설계함으로써, 액정 표시 장치의 시각 의존성의 문제점을 대폭 개선하는 것이 가능하다.
또한, 이 경우 상기 양의 C 플레이트와 상기 음의 C 플레이트의 두께 방향 리타데이션값의 합이 양이 되도록, 즉 상기 음의 C 플레이트의 두께 방향의 리타데이션값의 절대값을 상기 양의 C 플레이트의 두께 방향의 리타데이션값의 절대값보다 작게 하면, 상기 잔류된 양의 C 플레이트 성분과 별도로 준비한 A 플레이트에서 편광판의 시각 의존성을 개선할 수 있다. 양의 C 플레이트와 A 플레이트에서 편광판의 시각 의존성을 개선할 수 있다는 것은, 예를 들면, 비특허 문헌 1이나 비특허 문헌 2에 개시되어 있다.
그러나, 상술한 바와 같은 위상차층에는, 위상차층과 기재(예를 들면 편광층의 보호 필름인 TAC(셀룰로오스트리아세테이트 필름)) 사이의 밀착성에 문제점이 있었다.
이 문제를 해결하기 위해, 예를 들면 특허 문헌 4에 개시되어 있는 바와 같이, 액정과 배향막을 열 처리하여 밀착성을 향상시키는 것이 제안되었다. 그러나, 이 방법은 기재가 유리 기판이 아니며, 내습열성이 낮은 기재(예를 들면 TAC)인 경우에는, 수분의 영향으로 기재가 신축되어 그 영향으로 액정층이 박리되는 경우가 있기 때문에, 수분의 영향을 받기 쉬운 기재에 대해서는 충분한 방법이라고 하기 어려웠다.
상술한 밀착성의 문제점이 본래 존재하지 않는 방법으로서, 예를 들면 특허 문헌 5나 특허 문헌 6에 개시되어 있는 바와 같이, 셀룰로오스아세테이트 필름을 제조할 때, 셀룰로오스아세테이트 용액 중에 리타데이션 상승제를 혼합한 후 셀룰로오스아세테이트 필름을 성막하는 방법의 적용도 고려된다. 그러나, 이러한 방법에서는, 셀룰로오스아세테이트 필름 성막시에 리타데이션 상승제를 혼입시킬 필요가 있기 때문에, 필연적으로 하나의 로트의 수량은 커져, 적은 수량에 대하여 임의의 리타데이션을 용이하게 얻는 것이 곤란하다는 문제점이 있었다. 또한, 리타데이션 상승제는 통상적으로 소수성이기 때문에, 이것을 전체에 혼합함으로써 셀룰로오스아세테이트 필름의 표리 양면이 소수성이 되어, 해당 위상차층을 폴리비닐알코올 등의 친수성 수지를 포함하는 편광판과 적층할 때의 접착성이 저하된다는 문제점도 있었다.
특허 문헌 1: 일본 특허 공개 (평)3-67219호 공보
특허 문헌 2: 일본 특허 공개 (평)4-322223호 공보
특허 문헌 3: 일본 특허 공개 (평)10-312166호 공보
특허 문헌 4: 일본 특허 공개 제2003-207644호 공보
특허 문헌 5: 일본 특허 공개 제2000-111914호 공보
특허 문헌 6: 일본 특허 공개 제2001-249223호 공보
비특허 문헌 1: J. Chen et al., SID98 Digest, p.315 (1998)
비특허 문헌 2: T. Ishinabe et al., SID00 Digest, p.1094 (2000)
본 발명은 이러한 문제점을 고려하여 이루어진 것이며, 상술한 바와 같이 위상차층을 형성한 경우 발생하는 기재로부터의 위상차층의 박리 등의 문제점이 없으며, 신뢰성이 높고, 적은 수량으로도 용이하게 임의의 리타데이션값을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 편광층 등의 친수성 필름과의 접착성도 양호하게 할 수 있는 위상차 필름을 제공하는 것을 주목적으로 하는 것이다.
본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위해 제1 발명으로서, 고분자 필름 내에 굴절률 이방성을 갖는 재료(이하, 굴절률 이방성 재료라고 하는 경우가 있음)가 함유되어 이루어지며, 상기 굴절률 이방성 재료가 상기 고분자 필름의 두께 방향에 농도 구배를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 위상차 필름을 제공함으로써 상기 과제를 해결하도록 하였다.
또한 본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위해 제2 발명으로서, 고분자 필름 내에 굴절률 이방성을 갖는 재료가 침투되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 위상차 필름을 제공함으로써 상기 과제를 해결하도록 하였다.
또한 본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위해 제3 발명으로서, 고분자 필름 내에 굴절률 이방성을 갖는 재료가 함유되어 이루어지며, 상기 굴절률 이방성을 갖는 재료가 상기 고분자 필름의 두께 방향에 농도 구배를 갖고 있고, 해당 농도 구배가 연속적으로 변화되는 것을 특징으로 하는 위상차 필름을 제공함으로써 상기 과제를 해결하도록 하였다.
본 발명은, 예를 들면 굴절률 이방성 재료가 용매에 용해된 도공액을 고분자 필름 표면에 도포하고, 고분자 필름을 팽윤시켜, 굴절률 이방성 재료를 침투시킴으로써 용이하게 고분자 필름 표면 근방에 굴절률 이방성 재료를 충전하는 것이 가능해지며, 이에 따라 상기 고분자 필름의 두께 방향에 굴절률 이방성 재료의 농도 구배를 갖는 위상차 필름을 얻을 수 있다. 또한, 상기 도공액의 양이나 농도를 변경함으로써, 위상차 필름으로서의 리타데이션값을 용이하게 변경하는 것이 가능하다. 따라서, 임의의 리타데이션값을 갖는 위상차 필름을 작은 로트로 용이하게 얻을 수 있다는 이점을 갖는다. 또한, 종래와 같이 기재 위에, 이것과는 별층인 위상차층을 접착하여 적층 형성되어 이루어지는 위상차 필름이 아니기 때문에, 기재로부터의 위상차층의 박리와 같은 문제점이 발생하지 않으므로 내열성, 내수성 등의 신뢰성, 내알칼리성(내비누화 처리성) 또는 리워크성(반복 사용성)이 높아진다는 이점을 갖는다.
본 발명에서, 상기 굴절률 이방성을 갖는 재료의 상기 고분자 필름의 두께 방향의 농도 구배가 연속적으로 변화되는 경우에는, 특히 층내의 특정한 계면에 대한 응력의 집중이 없어지기 때문에, 박리 강도가 강해지고, 내열성, 내수성(사용 환경하에서의 한열 반복, 또는 물과의 접촉시의 계면 박리에 대한 내구성) 등의 신뢰성, 내알칼리성 또는 리워크성이 높아진다.
본 발명에서는, 상기 고분자 필름이 굴절률에 규칙성을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 고분자 필름을 이용함으로써, 충전하는 굴절률 이방성 재료가 상기 고분자 필름이 갖는 굴절률의 규칙성을 강화시키는 것이 가능해져, 다양한 특성을 갖는 위상차 필름을 얻을 수 있기 때문이다.
또한, 본 발명에서는, 상기 굴절률 이방성 재료가 액정성을 갖는 재료인 것이 바람직하다. 액정성을 갖는 재료이면, 고분자 필름 내에 충전되었을 때, 액정 구조를 이용하는 경우가 있으며, 효과적으로 고분자 필름에 대하여 효과를 발휘할 수 있기 때문이다.
또한, 본 발명에서는, 상기 굴절률 이방성 재료의 분자 구조가 막대 형상인 것이 바람직하다. 막대 형상의 분자 구조를 갖는 굴절률 이방성 재료를 이용함으로써, 상기 고분자 필름이 갖는 굴절률의 규칙성을 강화시킬 수 있기 때문이다.
또한, 본 발명에서는, 상기 굴절률 이방성 재료가 중합성 관능기를 갖는 것이 바람직하다. 굴절률 이방성 재료를 고분자 필름 내에 충전시킨 후, 이 중합성 관능기를 이용하여 굴절률 이방성 재료를 중합하여 고분자화함으로써, 위상차 필름으로 한 후 굴절률 이방성 재료가 삼출되는 것을 방지하는 것이 가능해져, 안정적인 위상차 필름으로 할 수 있기 때문이다.
또한, 본 발명에서는, 상기 굴절률 이방성을 갖는 재료가 중합성 관능기를 갖는 것과 중합성 관능기를 갖지 않는 것을 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 중합성 관능기를 갖지 않는 것에 의해 위상차 기능을 보다 강화시키고, 중합성 관능기를 갖는 것에 의해 필름의 신뢰성을 향상시키는 것이 가능해지기 때문이다.
본 발명에서는, 상기 굴절률 이방성을 갖는 재료의 상기 고분자 필름의 두께 방향의 농도 구배가, 상기 고분자 필름의 한쪽 표면측이 고농도이고, 다른쪽 표면측을 향해 저농도가 되는 농도 구배인 것이 바람직하다. 이러한 구성으로 함으로써, 저농도측의 표면측에 대해서는 굴절률 이방성을 갖는 재료의 함유 내지 침투에 의해 고분자 필름 고유의 성질에 영향을 주지 않거나, 적기 때문에, 예를 들면 이 위상차 필름에 편광층을 직접 접착하여 편광 필름으로 하는 경우, 이 저농도측, 구체적으로는 굴절률 이방성 재료가 충전되어 있지 않은 측의 표면에 편광층을 접착시킴으로써, 접착성을 저해하지 않고 편광 필름을 얻을 수 있기 때문이다.
상기 위상차 필름의 순수에 대한 접촉각이, 한쪽 표면과 다른쪽 표면이 상이한 것이 바람직하다. 이러한 구성으로 함으로써, 예를 들면 이 위상차 필름에 PVA를 기재로 하는 친수성 수지계의 편광층을 직접 접착하여 편광 필름으로 하는 경우, 보다 낮은 접촉각을 갖는 표면에 편광층을 접착시키면, 특히 수계 접착제를 사용하여도 접착성을 저해하지 않고, 편광 필름을 얻을 수 있기 때문이다.
또한, 본 발명에서는, 상기 굴절률 이방성 재료의 상기 고분자 필름의 두께 방향의 농도 구배가, 상기 고분자 필름의 양쪽 표면측이 고농도이고, 중앙부를 향해 저농도가 되는 농도 구배일 수도 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 예를 들면 한쪽 표면측에만 굴절률 이방성 재료를 충전한 경우, 리타데이션값이 부족한 경우에도 고분자 필름의 양쪽 표면측을 고농도로 하는, 즉 양쪽 표면측에 굴절률 이방성 재료를 충전함으로써 충분한 리타데이션값으로 하는 것이 가능해지기 때문이다.
또한, 본 발명에서는, 상기 굴절률 이방성을 갖는 재료의 농도 구배가 완만한 영역과, 상기 굴절률 이방성을 갖는 재료의 농도 구배가 급한 영역을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 경우에는, 위상차의 강화 및 박리 강도나 내열성, 내수성의 강화에 의해, 원하는 위상차를 가지면서 신뢰성이 높아지기 때문이다.
또한, 상기 굴절률 이방성을 갖는 재료가 함유되어 있지 않은 영역을 갖는 것이 바람직하다. 굴절률 이방성 재료가 함유되어 있지 않은 영역은, 고분자 필름이 갖는 성질이 그대로 잔존하기 때문에, 예를 들면 고분자 필름 자체의 양호한 접착성을 이용할 수 있기 때문이다. 또한, 굴절률 이방성 재료를 함유시킨 위상차 강화 영역은 강도가 저하되는 경우가 있지만, 상술한 바와 같은 굴절률 이방성 재료가 함유되어 있지 않은 영역을 가짐으로써, 위상차 필름으로서의 강도를 유지할 수 있다는 등의 이점이 있다.
본 발명에서는, 상기 위상차 필름이 상기 필름의 면내 방향에서의 지상축 방향의 굴절률을 nx, 필름 면내 방향에서의 진상축 방향의 굴절률을 ny, 필름의 두께 방향의 굴절률을 nz 및 두께를 d로 하고, Rth[㎚]={(nx+ny)/2-nz}×d로 표시되는 Rth를 두께 방향 리타데이션으로 했을 때, 상기 두께 방향 리타데이션이 70 내지 300 ㎚인 것이 바람직하다. 본 발명에서는, 실질적으로 얻어지는 리타데이션값의 범위를 확대할 수 있으며, 이러한 경우에는 시야각 개선 효과를 향상시킬 수 있기 때문이다.
또한, 본 발명에서는, 상기 위상차 필름이 JIS-K7105에 준거하여 측정했을 때의 헤이즈값이 1 ％ 이하인 것이 바람직하다. 이러한 경우에는 편광 상태가 흐트러지지 않고, 시야각 개선 효과를 향상시킬 수 있기 때문이다.
본 발명에서는, 상기 위상차 필름의 가시광 영역에서의 리타데이션값은 장파장측보다 단파장측이 큰 것이 바람직하다. 일반적으로, 액정 표시 장치의 액정층에 이용되는 액정 재료의 가시 광역에서의 리타데이션값은, 단파장측이 장파장측보다 크다. 따라서, 본 발명의 위상차 필름을 예를 들면 광학 보상판으로서 이용한 경우, 가시 광역에서의 전체 파장에서 보상을 행할 수 있다는 이점을 갖기 때문이다.
한편, 본 발명에서는, 상기 위상차 필름의 가시광 영역에서의 리타데이션값이 단파장측보다 장파장측이 클 수도 있다. 이 경우에는, 본 발명의 위상차 필름을 예를 들면 편광 필름과 접합시켜 편광판으로서 이용한 경우, 광 누설 보상이 우수하다는 이점을 갖기 때문에 바람직하다.
또한, 본 발명에서는, 상기 위상차 필름의 파장 550 ㎚에서 측정한 두께 방향 리타데이션(Rth)의 필름면 방향에서의 변동이 Rth의 평균값을 기준으로서 ±5 ㎚의 범위 내인 것이 바람직하다. 이와 같이 변동이 작으면, 예를 들면 이 위상차 필름을 광학 보상 필름으로서 표시 장치에 적용하는 경우, 표시 화면 내가 균일하게 광학 보상되어, 시야각 등의 표시 품위가 우수한 표시 장치를 얻을 수 있기 때문이다.
또한 본 발명에서는, 상기 위상차 필름이 최소 직경이 6인치 이하인 롤상으로 권취되는 것이 가능한 것이 바람직하다. 위상차 필름은 양산성 및 생산 효율을 높이기 위해, 장척(長尺)의 벨트상 필름(웹이라고도 함)의 형태로 하고, 제조, 검사 및 후가공할 때 이외의 보관, 반송 및 가공 대기시에는 원통 위에 권취한 롤의 형태로 하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서는, 단층의 상기 위상차 필름 2매 이상을 서로 접합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 위상차 필름을 제공한다. 이와 같이 함으로써, 1매만으로는 실현할 수 없는 크기의 리타데이션값(광학 이방성값)을 실현하거나, 1매만으로는 실현할 수 없는 복잡한 광학 이방성을 실현하는 것이 가능해지기 때문이다.
본 발명은 또한 상술한 위상차 필름을 위상차 필름 이외의 광학 기능층과 직접 접합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 기능 필름을 제공한다. 본 발명의 광학 기능 필름은, 예를 들면 광학 보상 등의 본 발명의 위상차 필름이 갖는 기능과, 예를 들면 반사 방지 등의 다른 기능을 겸비하기 때문에, 각각의 기능을 갖는 필름을 별도로 설치할 필요가 없다는 이점을 갖는다.
본 발명은 또한 상술한 위상차 필름을 편광층과 직접 접합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 편광 필름을 제공한다. 통상적으로, 편광 필름은 편광층의 양쪽 표면에 보호 필름이 접착되어 이용되고 있지만, 본 발명에 따르면, 한쪽 보호 필름을 상술한 위상차 필름으로 할 수 있기 때문에, 예를 들면 별도 광학 보상판이 필요한 경우 등에는, 본 발명의 편광 필름을 이용함으로써 그 이외에 광학 보상판을 설치할 필요가 없다는 이점을 갖는다.
또한, 본 발명은 상술한 본 발명에 따른 위상차 필름, 광학 기능 필름, 또는 편광 필름 중 어느 하나를 광로에 배치한 것을 특징으로 하는 표시 장치를 제공한다. 박리 등의 문제점이 없고, 적절한 리타데이션을 갖는 본 발명에 따른 위상차 필름이 배치됨으로써, 신뢰성이 높고, 표시 품위가 우수한 표시 장치를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 광학 기능 필름이 배치됨으로써, 광학 기능층과 위상차층 각각을 설치할 필요가 없으며, 표시 품위가 우수한 표시 장치를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 편광 필름이 배치됨으로써, 그 이외에 광학 보상판을 설치할 필요가 없으며, 표시 품위가 우수한 표시 장치를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 고분자 필름의 적어도 한쪽 표면에, 굴절률 이방성 재료가 용매에 용해 또는 분산되어 이루어지는 위상차 강화 영역 형성용 도공액을 도포하는 도포 공정과, 상기 도포 공정에 의해 도포된 상기 위상차 강화 영역 형성용 도공액 중의 상기 굴절률 이방성 재료를 상기 고분자 필름에 침투시키는 침투 공정과, 상기 도포 공정에 의해 도포된 상기 위상차 강화 영역 형성용 도공액 중의 상기 용매를 건조시키는 건조 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 위상차 필름의 제조 방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 상기 위상차 강화 영역 형성용 도공액을 도포함으로써, 용이하게 위상차 필름을 형성하는 것이 가능하며, 상기 위상차 강화 영역 형성용 도공액의 도포량 등을 변경하는 것만으로도, 얻어지는 위상차 필름의 리타데이션값을 변경하는 것이 가능해진다. 따라서, 본 발명에 따르면, 적은 수량으로도 용이하게 임의의 리타데이션값을 갖는 위상차 필름을 얻을 수 있다.
상기 발명에서는, 상기 침투 공정이 상기 건조 공정 중에서 행해지는 것일 수도 있다. 건조 온도 등을 조정함으로써, 건조 중에 굴절률 이방성 재료를 고분자 필름 내에 침투시키는 것이 가능한 경우도 있기 때문이다. 또한, 건조 조건의 제어에 의해 굴절률 이방성 재료의 침투의 정도, 나아가서는 굴절률 이방성(리타데이션값)을 제어할 수 있는 경우도 있기 때문이다.
또한, 본 발명에서는 상기 건조 공정 후에 상기 고분자 필름 내에 침투한 상기 굴절률 이방성 재료를 고정화하는 고정화 공정을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들면, 굴절률 이방성 재료가 중합성 관능기를 갖는 경우 등에는, 굴절률 이방성 재료를 고분자 필름 내에 침투시킨 후, 중합시켜 고분자화시킴으로써, 제조 후에 굴절률 이방성 재료가 표면으로부터 삼출되는 것을 방지하는 것이 가능해져, 위상차 필름의 안정성을 향상시킬 수 있기 때문이다.
<발명의 효과>
본 발명의 위상차 필름은, 위상차층을 형성한 경우 발생하는 기재로부터의 위상차층의 박리 등의 문제점이 없으며, 내열성, 내수성 등의 신뢰성, 내알칼리성 또는 리워크성 등이 높고, 로트가 작은 경우에도 용이하게 임의의 리타데이션값을 얻을 수 있는 효과를 발휘하는 것이다. 또한, 편광층 등의 친수성 필름과의 접착성도 양호하게 하는 것이 가능하며, 내알칼리성도 우수하기 때문에, 편광층과 직접 접합하는 데 바람직한 위상차 필름이다.
<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>
본 발명은 위상차 필름 및 그의 제조 방법, 위상차 필름을 이용한 광학 기능 필름, 편광 필름, 나아가서는 이들 필름을 이용한 표시 장치를 포함한다. 이하, 각각에 대하여 상세히 설명한다.
A. 위상차 필름
우선, 본 발명의 위상차 필름에 대하여 설명한다.
본 발명의 제1 발명에서의 위상차 필름은 고분자 필름 내에 굴절률 이방성 재료가 함유되어 이루어지는 위상차 필름이며, 상기 굴절률 이방성 재료가 상기 고분자 필름의 두께 방향에 농도 구배를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 제2 발명에서의 위상차 필름은 고분자 필름 내에 굴절률 이방성을 갖는 재료가 침투되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 제3 발명에서의 위상차 필름은 고분자 필름 내에 굴절률 이방성을 갖는 재료가 함유되어 이루어지는 위상차 필름이며, 상기 굴절률 이방성을 갖는 재료가 상기 고분자 필름의 두께 방향에 농도 구배를 갖고 있고, 해당 농도 구배가 연속적으로 변화되는 것을 특징으로 하는 것이다.
도 1은, 본 발명의 위상차 필름의 일례를 나타내는 단면도이다. 도 1에 도시한 예에서는, 고분자 필름 (1)의 한쪽 표면측에 굴절률 이방성 재료를 함유하는 위상차 강화 영역 (2)가 형성되어 있다. 이 경우의 굴절률 이방성 재료의 농도 구배는, 위상차 강화 영역 (2)가 형성된 표면 (3)측의 농도는 높고, 형성되어 있지 않은 표면 (4)측에는 굴절률 이방성 재료가 함유되어 있지 않다. 본 발명에서의 농도 구배란, 두께 방향의 임의의 2점에서 농도가 상이한 것이면, 이와 같이 특정 일부의 영역에서 굴절률 이방성 재료가 존재하며, 다른 영역에서 굴절률 이방성 재료가 존재하지 않는 경우도 포함하는 것이다.
본 발명에서는, 이와 같이 위상차 필름 내에 굴절률 이방성 재료가 존재하는 위상차 강화 영역이 형성되어 있으며, 굴절률 이방성 재료의 농도 구배가 형성되어 있기 때문에, 이 위상차 강화 영역이 위상차층으로서의 기능을 강화하여, 복굴절성에 기초하는 다양한 광학적인 기능을 발휘하는 것이 가능해진다. 예를 들면, 후술하는 바와 같이, 고분자 필름으로서 음의 C 플레이트로서 작용하는 TAC(셀룰로오스트리아세테이트)를 이용하며, 분자 구조가 막대 형상인 액정 재료를 굴절률 이방성 재료로서 이용한 경우에는, 상기 위상차 강화 영역이 음의 C 플레이트로서의 기능을 강화하기 때문에, 본 발명의 위상차 필름은 음의 C 플레이트로서의 기능을 보다 강화한 것이 된다.
본 발명의 위상차 필름은, "B. 위상차 필름의 제조 방법"의 란에서 상세히 설명하는 바와 같이, 예를 들면 상기 굴절률 이방성 재료가 용해 또는 분산된 위상차 강화 영역 형성용 도공액을 도포하고, 고분자 필름의 표면으로부터 굴절률 이방성 재료를 침투시켜 고분자 필름 내에 충전하는 것만으로도, 용이하게 위상차 강화 영역을 형성할 수 있기 때문에, 작은 로트로 많은 종류의 리타데이션값을 갖는 보상판이 필요한 경우에도, 용이할 뿐만 아니라 저비용으로 위상차 필름을 얻을 수 있다는 이점을 갖는다.
또한, 상술한 바와 같이, 본 발명의 위상차 필름은 기재 위에 위상차층이 형성된 종래의 것과는 달리, 위상차 필름 내에 굴절률 이방성 재료가 충전된 위상차 강화 영역과, 충전되어 있지 않은 기재 영역이 형성되어 이루어지기 때문에, 종래의 문제점이었던 위상차층의 박리와 같은 과제가 없으며, 내열성이나 내수성 등의 신뢰성이 높아져, 안정적으로 이용하는 것이 가능하다. 또한, 내알칼리성이 높아지기 때문에, 예를 들면 편광층과 접합시킬 때의 비누화 처리에 대하여 내성이 있다. 또한, 리워크성(반복 사용성)이 우수하기 때문에, 공정상 수율이 양호하고 유리하다.
또한, 고분자 필름의 표면으로부터 굴절률 이방성 재료를 침투시켜 고분자 필름 내에 충전한 경우에는, 통상적으로 상기 굴절률 이방성을 갖는 재료의 고분자 필름의 두께 방향의 농도 구배가 연속적으로 변화되게 된다. 이 경우에는, 특히 층내의 특정한 계면에 대한 응력의 집중이 없어지기 때문에, 박리 강도가 강해져, 내열성이나 내수성(사용 환경하에서의 한열 반복, 또는 물과의 접촉시의 계면박리에 대한 내구성) 등의 신뢰성이 높아진다.
이하, 이러한 본 발명의 위상차 필름에 대하여, 각 구성마다 상세히 설명한다.
1. 고분자 필름
본 발명에 이용되는 고분자 필름은 특별히 한정되지 않지만, 통상적으로 가시 광역의 빛을 투과하는 수지로 형성된 것이 바람직하게 이용된다. 여기서, 가시 광역의 빛을 투과한다는 것은, 가시 광역 380 내지 780 ㎚에서의 평균 광 투과율이 50 ％ 이상, 바람직하게는 70 ％ 이상, 보다 바람직하게는 85 ％ 이상인 경우이다. 또한, 광 투과율의 측정은, 자외 가시 분광 광도계(예를 들면, (주)시마즈 세이사꾸쇼제 UV-3100PC)를 이용하여, 실온, 대기 중에서 측정한 값을 이용한다.
본 발명에 이용되는 고분자 필름으로서는, 굴절률에 규칙성을 갖는 것이 바람직하다. 즉, 본 발명에 이용되는 고분자 필름으로서는, 면내 리타데이션 및/또는 두께 방향 리타데이션을 갖는 것이 바람직하다. 본 발명에서의 위상차 필름이 보다 큰 리타데이션값을 얻어 광학 보상판 등의 광학 기능성 필름으로서의 기능을 발휘하는 것은, 명확하지는 않지만 이하의 이유에 의한 것으로 추측된다. 즉, 굴절률 이방성 재료를 고분자 필름에 충전했을 때, 충전된 굴절률 이방성 재료가 고분자 필름이 본래 갖는 복굴절성 등의 굴절률의 규칙성을 보다 강화하고, 이에 따라 다양한 특성을 갖는 위상차 필름을 얻을 수 있는 것으로 추측된다. 따라서, 본 발명에 이용되는 고분자 필름은, 어떠한 굴절률의 규칙성을 갖는 것이 바람직하게 이용된다.
본 발명에서의 굴절률의 규칙성이란, 예를 들면 (1) 고분자 필름이 음의 C 플레이트로서 작용하는 것, (2) 연신한 고분자 필름이 음의 C 플레이트, 양의 C 플레이트, A 플레이트, 또는 2축성 플레이트의 특성을 갖는 것 등을 들 수 있다.
본 발명에 이용되는 고분자 필름은, 두께 방향 리타데이션(Rth)이 20 ㎚ 내지 100 ㎚의 범위 내인 것이 바람직하며, 특히 25 ㎚ 내지 80 ㎚의 범위 내인 것이 바람직하고, 이 중에서도 30 ㎚ 내지 60 ㎚의 범위 내인 것이 바람직하다.
또한, 면내 리타데이션(Re)은 0 ㎚ 내지 300 ㎚의 범위 내인 것이 바람직하며, 특히 0 ㎚ 내지 150 ㎚의 범위 내인 것이 바람직하고, 이 중에서도 0 ㎚ 내지 125 ㎚의 범위 내인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 두께 방향 및 면내 방향 리타데이션의 값은, 예를 들면 자동 복굴절 측정 장치(예를 들면, 오지 게이소꾸 기끼 가부시끼가이샤 제조, 상품명: KOBRA-21ADH)를 이용하여, 23 ℃, 55 ％RH의 환경하에 파장 589 ㎚에서 3차원 굴절률 측정을 행하고, 굴절률 nx, ny 및 nz를 구함으로써 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 후술하는 "B. 위상차 필름의 제조 방법"의 란에서 상세히 설명하는 바와 같이, 상기 굴절률 이방성 재료가 용매에 용해 또는 분산된 위상차 강화 영역 형성용 도공액을 고분자 필름의 표면에 도포하고, 용매에 의해 팽윤시킴으로써 상기 굴절률 이방성 재료를 고분자 필름 내에 침투시켜, 고분자 필름 내에 충전시키는 것이기 때문에, 소정의 용매에 대한 팽윤도가 높은 것이 바람직하다. 구체적으로는, 특정한 용매에 고분자 필름을 침지했을 때, 고분자 필름이 팽윤되는 것이 바람직하다. 이 현상은 육안으로 판별 가능하며, 예를 들면 고분자 필름(막 두께; 수㎛)을 형성하고, 그 위에 용매를 적하하여 용매의 침투 정도를 관찰함으로써, 용매에 대한 팽윤성을 확인할 수 있다.
본 발명에 이용되는 고분자 필름은 가요성을 갖는 연성재일 수도 있고, 또는 가요성이 없는 리지드재일 수도 있지만, 연성재를 이용하는 것이 바람직하다. 연성재를 이용함으로써, 본 발명의 위상차 필름의 제조 공정을 롤 투 롤 프로세스로 할 수 있으며, 생산성이 우수한 위상차 필름을 얻을 수 있기 때문이다.
상기 연성재를 구성하는 재료로서는 셀룰로오스 수지, 노르보르넨계 중합체, 시클로올레핀계 중합체, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리비닐알코올, 폴리이미드, 폴리아릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 비정질 폴리올레핀, 변성 아크릴계 중합체, 폴리스티렌, 에폭시 수지, 폴리카르보네이트 및 폴리에스테르류 등을 예시할 수 있지만, 본 발명에서는 셀룰로오스수지 및 노르보르넨계 중합체를 바람직하게 이용할 수 있다.
상기 노르보르넨계 중합체로서는, 시클로올레핀 중합체(COP) 또는 시클로올레핀 공중합체(COC)를 들 수 있지만, 본 발명에서는 시클로올레핀 중합체를 이용하는 것이 바람직하다. 시클로올레핀 중합체는, 수분의 흡수성 및 투과성이 낮기 때문에, 본 발명에 이용되는 고분자 필름이 시클로올레핀 중합체로 구성됨으로써, 본 발명의 위상차 필름을 광학 특성의 시간 경과에 따른 안정성이 우수하도록 할 수 있다.
본 발명에 이용되는 상기 시클로올레핀 중합체의 구체예로서는, 예를 들면 JSR 가부시끼가이샤 제조, 상품명: ARTON을 들 수 있다.
상기 셀룰로오스 수지로서는, 셀룰로오스에스테르를 이용하는 것이 바람직하며, 셀룰로오스에스테르류 중에서는 셀룰로오스아실레이트류를 이용하는 것이 바람직하다. 셀룰로오스아실레이트류는 공업적으로 널리 이용되고 있기 때문에, 입수 용이성의 면에서 유리하다.
상기 셀룰로오스아실레이트류로서는, 탄소수 2 내지 4의 저급 지방산 에스테르가 바람직하다. 저급 지방산 에스테르로서는, 예를 들면 셀룰로오스아세테이트와 같이, 단일 저급 지방산 에스테르만을 포함하는 것일 수도 있으며, 예를 들면 셀룰로오스아세테이트부틸레이트나 셀룰로오스아세테이트프로피오네이트와 같은 복수의 지방산 에스테르를 포함하는 것일 수도 있다.
본 발명에서는, 상기 저급 지방산 에스테르 중에서도 셀룰로오스아세테이트를 특히 바람직하게 이용할 수 있다. 셀룰로오스아세테이트로서는, 평균 아세트화도가 57.5 내지 62.5 ％(치환도: 2.6 내지 3.0)인 트리아세틸셀룰로오스를 이용하는 것이 가장 바람직하다. 여기서, 아세트화도란, 셀룰로오스 단위 질량당 결합 아세트산량을 의미한다. 아세트화도는, ASTM: D-817-91(셀룰로오스아세테이트 등의 시험 방법)에서의 아세틸화도의 측정 및 계산에 의해 구할 수 있다.
본 발명에 이용되는 고분자 필름은, 연신 처리가 실시될 수도 있다. 연신 처리가 실시됨으로써, 상기 굴절률 이방성 재료가 고분자 필름 중에 침투되기 쉬워지는 경우가 있기 때문이다. 이러한 연신 처리로서는 특별히 한정되지 않으며, 고분자 필름을 구성하는 재료 등에 따라 임의로 결정할 수 있다. 연신 처리로서는, 1축 연신 처리와 2축 연신 처리를 예시할 수 있다.
본 발명에 이용되는 고분자 필름의 구성은, 단일층을 포함하는 구성으로 한정되지 않으며, 복수의 층이 적층된 구성을 가질 수도 있다. 복수의 층이 적층된 구성을 갖는 경우에는, 동일한 조성의 층이 적층될 수도 있고, 상이한 조성을 갖는 복수의 층이 적층될 수도 있다.
본 발명에 이용되는 고분자 필름의 막 두께는 특별히 한정되지 않으며, 적절하게 선정할 수 있다. 따라서, 본 발명에서 말하는 필름은 소위 좁은 의미의 필름으로 한정되지 않으며, 소위 시트, 판 영역의 막 두께도 포함한다. 단, 통상적으로 비교적 박막인 것이 이용되는 경우가 많다. 막 두께로서는 통상적으로 10 ㎛ 내지 200 ㎛의 범위 내, 특히 20 ㎛ 내지 100 ㎛의 범위 내인 것이 바람직하게 이용된다.
또한, 연신하여 이루어지는 고분자 필름을 이용하는 경우에는, 편광층에 대한 적층 등의 후가공시에 가해지는 열에 의해 수축(연신의 복귀)이 발생하는 경향이 있다. 이 경우, 수축에 따라 리타데이션값이 변동되는 경우가 있다. 이것을 방지하기 위해서는, 미리 고분자 필름을 가열 처리(어닐링)하여, 고분자 필름을 수축시킬 수 있는 잔류 응력을 개방 내지 완화시키는 것이 바람직하다. 이 가열 처리의 온도 조건으로서는, 통상적으로 고분자 필름의 유리 전이 온도로부터 용융 온도(또는 융점) 사이의 온도인 것이 바람직하다.
또한, 후술하는 두께 방향 리타데이션에서의 변동은, 이용되는 고분자 필름에도 의존하기 때문에 변동을 작게 하기 위해서는, 이용되는 고분자 필름의 파장550 ㎚에서 측정한 두께 방향 리타데이션(Rth)의 필름면 방향에서의 변동이 Rth의 평균값을 기준으로서 ±5 ㎚의 범위 내인 것이 바람직하다.
2. 굴절률 이방성 재료
이어서, 본 발명에 이용되는 굴절률 이방성 재료에 대하여 설명한다. 본 발명에 이용되는 굴절률 이방성 재료로서는, 고분자 필름 내에 충전되는 것이 가능하며, 복굴절성을 갖는 재료이면 특별히 한정되지 않는다.
본 발명에서는, 고분자 필름 내에 대한 충전의 용이함으로부터, 분자량이 비교적 작은 재료가 바람직하게 이용된다. 구체적으로는, 분자량이 200 내지 1200의 범위 내, 특히 400 내지 800의 범위 내인 재료가 바람직하게 이용된다. 또한, 여기서 말하는 분자량이란, 후술하는 중합성 관능기를 가지며, 고분자 필름 내에서 중합되는 굴절률 이방성 재료에 대해서는, 중합 전의 분자량을 나타내는 것이다.
본 발명에 이용되는 굴절률 이방성 재료로서는, 분자 구조가 막대 형상의 재료인 것이 바람직하다. 막대 형상의 재료이면, 고분자 필름 내의 간극에 비교적 용이하게 삽입될 수 있기 때문이다.
또한, 본 발명에 이용되는 굴절률 이방성 재료로서는, 액정성을 갖는 재료(액정성 분자)인 것이 바람직하다. 이와 같이 굴절률 이방성 재료가 액정성 분자인 경우에는, 굴절률 이방성 재료가 고분자 필름 내에 충전되었을 때, 고분자 필름 내에서 액정 상태가 될 가능성이 있으며, 굴절률 이방성 재료의 복굴절성을 보다 효과적으로 위상차 필름에 반영시키는 것이 가능해지기 때문이다.
본 발명에서는, 굴절률 이방성 재료로서 네마틱 액정성 분자 재료, 콜레스테릭 액정성 분자 재료, 카이랄 네마틱 액정성 분자 재료, 스멕틱 액정성 분자 재료 및 디스코틱 액정성 분자 재료를 이용할 수 있지만, 이 중에서도 굴절률 이방성 재료가 네마틱 액정성 분자 재료인 것이 바람직하다. 네마틱 액정성 분자 재료이면, 고분자 필름 내의 간극에 삽입된 수 내지 수백의 네마틱 액정성 분자가 고분자 필름 중에서 배향되기 때문에, 굴절률 이방성을 보다 확실하게 발현할 수 있다. 특히, 상기 네마틱 액정성 분자가 메소겐(mesogen) 양끝에 스페이서를 갖는 분자인 것이 바람직하다. 메소겐 양끝에 스페이서를 갖는 네마틱성 액정 분자에는 유연성이 있기 때문에, 고분자 필름 내의 간극에 삽입됐을 때 백탁되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 이용되는 굴절률 이방성 재료는, 분자 내에 중합성 관능기를 갖는 것이 바람직하게 이용되며, 이 중에서도 3차원 가교 가능한 중합성 관능기를 갖는 것이 바람직하다. 중합성 관능기를 갖는 것이면, 고분자 필름 내에 충전된 후, 빛의 조사에 의해 광 중합 개시제로부터 발생한 라디칼, 또는 전자선 등의 작용에 의해 굴절률 이방성 재료를 고분자 필름 내에서 고분자화(가교)하는 것이 가능해지기 때문에, 위상차 필름으로 한 후 굴절률 이방성 재료가 삼출된다는 등의 결점을 방지하는 것이 가능해져, 안정적으로 사용할 수 있는 위상차 필름으로 할 수 있다.
또한, "3차원 가교"란, 액정성 분자를 서로 3차원으로 중합하여, 메쉬(네트워크) 구조의 상태로 하는 것을 의미한다.
이러한 중합성 관능기로서는 특별히 한정되지 않으며, 자외선, 전자선 등의 전리 방사선, 또는 열의 작용에 의해 중합하는 각종 중합성 관능기가 이용된다. 이들 중합성 관능기의 대표예로서는, 라디칼 중합성 관능기, 또는 양이온 중합성 관능기 등을 들 수 있다. 또한 라디칼 중합성 관능기의 대표예로서는, 1개 이상의 부가 중합 가능한 에틸렌성 불포화 2중 결합을 갖는 관능기를 들 수 있으며, 구체예로서는 치환기를 갖거나 또는 갖지 않는 비닐기, 아크릴레이트기(아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 및 메타크릴로일옥시기를 포함하는 총칭) 등을 들 수 있다. 또한, 양이온 중합성 관능기의 구체예로서는, 에폭시기 등을 들 수 있다. 이외에 중합성 관능기로서는, 예를 들면 이소시아네이트기 및 불포화 3중 결합 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 프로세스상의 면에서, 에틸렌성 불포화 2중 결합을 갖는 관능기가 바람직하게 이용된다.
본 발명에서는, 이 중에서도 분자 구조가 막대 형상인 액정성 분자이며, 말단에 상기 중합성 관능기를 갖는 것이 특히 바람직하게 이용된다. 예를 들면 양쪽 말단에 중합성 관능기를 갖는 네마틱 액정성 분자를 이용하면, 서로 3차원으로 중합하여 메쉬(네트워크) 구조의 상태로 할 수 있으며, 보다 강고한 고분자 필름으로 할 수 있기 때문이다.
구체적으로는 말단에 아크릴레이트기를 갖는 액정성 분자가 바람직하게 이용된다. 말단에 아크릴레이트기를 갖는 네마틱 액정성 분자의 구체예를 하기 화학식 1 내지 6으로 나타낸다.
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
Figure pat00004
Figure pat00005
Figure pat00006
여기서, 화학식 1, 2, 5 및 6으로 표시되는 액정성 분자는, 문헌 [D. J. Broer 외, Makromol Chem. 190, 3201-3215(1989) 또는 D. J. Broer 외, Makromol Chem. 190, 2255-2268(1989)]에 개시된 방법에 따라, 또는 그에 유사하게 제조할 수 있다. 또한, 화학식 3 및 4로 표시되는 액정성 분자의 제조는, DE 195,04,224에 개시되어 있다.
또한, 말단에 아크릴레이트기를 갖는 네마틱 액정성 분자의 구체예로서는, 하기 화학식 7 내지 17로 표시된 것도 들 수 있다.
Figure pat00007
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Figure pat00012
Figure pat00013
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Figure pat00015
Figure pat00016
Figure pat00017
또한, 본 발명에서 굴절률 이방성 재료는 2종 이상 이용될 수도 있다.
예를 들면, 굴절률 이방성 재료가 분자 구조가 막대 형상인 액정성 분자이며, 양쪽 말단에 중합성 관능기를 1개 이상 갖는 것 및 분자 구조가 막대 형상인 액정성 분자이며, 한쪽 말단에 중합성 관능기를 1개 이상 갖는 것을 포함하는 경우에는, 양자의 배합비의 조정에 의해 중합 밀도(가교 밀도) 및 위상차 기능을 바람직하게 조정할 수 있다는 점에서 바람직하다.
한쪽 말단에 중합성 관능기를 1개 이상 갖는 막대 형상 액정성 분자가 고분자 필름에 침투하기 쉽고/쉽거나 고분자 필름 내에서 배향되기 쉽기 때문에, 위상차 기능을 보다 강화하기 쉽다는 경향이 있다. 한편, 양쪽 말단에 중합성 관능기를 1개 이상 갖는 막대 형상 액정성 분자는 중합 밀도를 높게 할 수 있기 때문에, 분자의 삼출 방지성, 내용제성 또는 내열성 등의 내구성을 부여할 수 있다.
또한, 본 발명에 이용되는 굴절률 이방성 재료로서는, 위상차 기능을 보다 강화하여 필름의 신뢰성을 향상시킨다는 점에서, 분자 구조가 막대 형상인 액정성 분자이며, 상기 중합성 관능기를 갖는 것과, 분자 구조가 막대 형상인 액정성 분자이며, 상기 중합성 관능기를 갖지 않는 것을 이용하는 것이 바람직하다. 특히, 분자 구조가 막대 형상인 액정성 분자이며, 양쪽 말단에 상기 중합성 관능기를 갖는 것과, 분자 구조가 막대 형상인 액정성 분자이며, 한쪽 말단에 상기 중합성 관능기를 갖는 것과, 분자 구조가 막대 형상인 액정성 분자이며, 양쪽 말단에 상기 중합성 관능기를 갖지 않는 것을 이용하는 것이 바람직하다. 중합성 관능기를 갖지 않는 막대 형상 액정성 분자가 고분자 필름에 침투하기 쉽고/쉽거나 고분자 필름 내에서 배향되기 쉽기 때문에, 위상차 기능을 보다 강화하기 쉽다. 한편, 중합성 관능기를 갖는 막대 형상 액정성 분자를 혼합하여 분자간 중합을 가능하게 함으로써, 분자의 삼출 방지성, 내용제성 또는 내열성 등의 내구성을 부여할 수 있기 때문이다.
3. 농도 구배
본 발명에서는, 상기 굴절률 이방성 재료가 상기 고분자 필름의 두께 방향에 농도 구배를 갖고 있다는 특징을 갖는다.
본 발명에서 농도 구배를 갖는다는 것은, 두께 방향의 임의의 2점에서 농도가 상이한 것이면 특별히 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 굴절률 이방성 재료의 농도 구배가 고분자 필름의 한쪽 표면측이 고농도이고, 다른쪽 표면측을 향해 저농도가 되는 농도 구배인 양태(제1 양태) 및 굴절률 이방성 재료의 농도 구배가 고분자 필름의 양쪽 표면측이 고농도이고, 중앙부를 향해 저농도가 되는 농도 구배인 양태(제2 양태)의 2 가지의 양태가 바람직한 양태라고 할 수 있다. 그러나, 표면측이 저농도이고, 고분자 필름의 내부에 고농도의 영역을 갖고 있는 양태일 수도 있다. 이하, 바람직한 2 가지의 양태에 대하여, 각 양태마다 설명한다.
(1) 제1 양태
본 발명에서의 제1 양태는, 굴절률 이방성 재료의 고분자 필름의 두께 방향의 농도 구배가 고분자 필름의 한쪽 표면측이 고농도이고, 다른쪽 표면측을 향해 저농도가 되는 농도 구배인 양태이다. 이 제1 양태를 도 1에 모식적으로 나타낸다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 양태에서는 고분자 필름 (1)의 한쪽 표면측 (3)에 굴절률 이방성 재료를 함유하는 위상차 강화 영역 (2)가 형성되어 있으며, 반대측의 표면측 (4)에는 기재 영역 (5)가 형성되어 있다.
이러한 위상차 강화 영역은, 고분자 필름 중에 굴절률 이방성 재료가 함유 내지 침투되어 이루어진다. 위상차 강화 영역 중의 고분자 필름의 분자와 굴절률 이방성 재료의 분자의 상태에 대해서는, 아직 충분히 해명되어 있지 않지만, 특히 선상 고분자를 포함하는 고분자 필름 표면으로부터, 그 장축 방향으로 전기 쌍극자 모멘트를 갖는 막대 형상 분자를 포함하는 굴절률 이방성 재료를 침투시켜 제조한 경우에는, 대략 이하와 같은 상태에 있는 것으로 추측된다.
즉, 고분자 필름 중의 선상 고분자는, 평균 개략 고분자 필름의 표리면에 평행한 면내에 배열되어 있다(단, 상기 평행면 내에서는 난잡한 방향 분포로 되어 있음). 그리고, 고분자 필름의 표면으로부터 침투한 막대 형상의 굴절률 이방성 재료의 분자는, 상기 고분자 필름의 배열에 의해 방향이 강제적으로 일치되어, 평균적으로는 고분자 필름의 표리면에 평행한 면내에 배열된다(단, 상기 평행면 내에서는 난잡한 방향 분포로 되어 있음).
이에 따라, 위상차 강화 영역에서, 굴절률 이방성 재료의 전기 쌍극자 모멘트 벡터가 평균 고분자 필름의 표리면에 평행한 면내에 구비되기 때문에, 고분자 필름의 표리면에 평행한 면과 직교하는 법선 방향의 굴절률이 상기 면내 방향의 굴절률보다 상대적으로 낮아진다. 이에 따라 음의 C 플레이트 특성을 발현한다.
또한, 상기 굴절률 이방성 재료가 1 분자당 복수의 중합성 관능기를 가지며, 이것이 중합하여 고화되어 이루어지는 경우, 위상차 강화 영역에서는 고분자 필름의 분자쇄를 굴절률 이방성 재료의 분자의 3차원 가교체가 포락(包絡)하여, 굴절률 이방성 재료의 분자의 3차원 가교체의 메쉬 중에 고분자 필름의 분자쇄가 삽입된 상태가 된다. 또한, 고분자 필름의 분자와 굴절률 이방성 재료의 분자가 서로 화학 결합 가능한 경우에는, 고분자 필름의 분자와 굴절률 이방성 재료의 분자가 3차원 가교된 복합 고분자 상태가 된다.
이상과 같은 상태에 의해, 굴절률 이방성 재료의 삼출이 방지되어 안정적인 굴절률 이방성을 발현한다.
제1 양태에서는, 상기한 바와 같이 굴절률 이방성 재료를 함유하는 위상차 강화 영역이 고분자 필름의 한쪽 표면측에 형성되어 있다는 특징을 갖는다. 이 위상차 강화 영역 내에서의 굴절률 이방성 재료의 농도 구배는 통상적으로 고분자 필름의 표면측이 고농도가 되어 있으며, 고분자 필름의 두께 방향의 중심측이 저농도가 되어 있다. 그리고, 고분자 필름의 다른 한쪽 표면측에는 굴절률 이방성 재료가 함유되어 있지 않은 영역인 기재 영역이 형성되어 있다.
본 양태에서는, 이와 같이 고분자 필름의 한쪽 표면측에 위상차 강화 영역이 형성된 것이기 때문에, 이하와 같은 이점을 갖는다.
즉, 상기 기재 영역측에서는 굴절률 이방성 재료가 함유되어 있지 않기 때문에, 고분자 필름이 갖는 성질이 그대로 잔존되어 있다. 굴절률 이방성 재료가 함유되어 있지 않은 영역인 기재 영역을 갖기 때문에, 예를 들면 고분자 필름 자체의 접착성이 양호한 경우 등에는, 상기 기재 영역측에 예를 들면 편광층을 접착시킴으로써, 용이하게 편광 필름으로 할 수 있다는 등의 이점을 갖는다. 또한, 굴절률 이방성 재료를 함유시킨 위상차 강화 영역은 강도가 저하되는 경우가 있지만, 상술한 바와 같은 기재 영역을 가짐으로써, 위상차 필름으로서의 강도를 유지할 수 있다는 등의 이점을 갖는 것이다.
본 발명에서의 위상차 강화 영역의 두께는, 통상적으로 0.5 ㎛ 내지 8 ㎛의 범위 내, 특히 1 ㎛ 내지 4 ㎛의 범위 내인 것이 바람직하다. 상기 범위보다 작은 경우에는, 충분한 리타데이션값을 얻을 수 없으며, 상기 범위보다 두께를 증대시키는 것이 곤란하기 때문이다.
굴절률 이방성 재료의 농도 구배가 본 양태와 같이 되어 있는지의 판단은, 위상차 강화 영역 및 기재 영역의 조성 분석에 의해 판단할 수 있다.
조성 분석의 방법으로서는, GSP(정밀 경사 절삭법)에 의해 위상차 필름을 절단하여 두께 방향의 단면이 나오도록 하고, 해당 단면의 비행 시간형 2차 이온 질량 분석(T0F-SIMS)을 행함으로써 두께 방향의 재료의 농도 분포를 측정하는 방법 등을 들 수 있다.
비행 시간형 2차 이온 질량 분석(TOF-SIMS)으로서는, 예를 들면 비행 시간형 2차 이온 질량 분석계로서 Physical Electronics사 제조 TFS-2000을 이용하여, 예를 들면 1차 이온종을 Ga+, 1차 이온 에너지를 25 kV, 후단 가속을 5 kV로 하고, 위상차 필름의 두께 방향의 단면의 양 및/또는 음의 2차 이온을 측정함으로써 행할 수 있다. 이 경우, 굴절률 이방성 재료의 두께 방향의 농도 분포는, 굴절률 이방성 재료에서 유래하는 2차 이온 강도를 두께 방향에 대하여 표시함으로써 얻을 수 있다. 기재 필름에서 유래하는 2차 이온 강도에 대해서도 마찬가지로 두께 방향에 대하여 표시하면, 굴절률 이방성 재료와 기재 필름의 상대적인 농도 변화를 관찰할 수 있다. 굴절률 이방성 재료에서 유래하는 2차 이온으로서, 예를 들면 단면 TEM 관찰 등 별도의 분석 방법으로 굴절률 이방성 재료가 충전되어 있는 것으로 추정할 수 있는 표면이나 부분에서 상대적으로 강하게 관측되는 2차 이온의 총합 등을 이용할 수 있다. 기재 필름에서 유래하는 2차 이온으로서, 예를 들면 단면 TEM 관찰 등 별도의 분석 방법으로 굴절률 이방성 재료가 충전되어 있지 않은 것으로 추정할 수 있는 표면이나 부분에서 상대적으로 강하게 관측되는 2차 이온의 총합 등을 이용할 수 있다.
또한, 제1 양태의 경우에는, 상기 위상차 필름의 순수에 대한 접촉각이 한쪽 표면과 다른쪽 표면이 상이한 것이 바람직하다. 이러한 구성으로 함으로써, 예를 들면 이 위상차 필름에 PVA를 기재로 하는 친수성 수지계의 편광층을 직접 접착하여 편광 필름으로 하는 경우, 보다 낮은 접촉각을 갖는 표면에 편광층을 접착시키면, 특히 수계 접착제를 사용하여도 접착성을 저해하지 않고 편광 필름을 얻을 수 있기 때문이다.
본 발명에서, 위상차 필름의 순수에 대한 접촉각의 한쪽 표면과 다른쪽 표면의 차이는, 2도 이상인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 4도 이상, 특히 바람직하게는 5도 이상이다.
또한, 도 1의 예에서는, 고분자 필름 (1)의 한쪽 표면측 (3)에 위상차 강화 영역 (2)가 형성되어 있으며, 반대측의 표면측 (4)에는 기재 영역 (5)가 형성되어 있는 형태이지만, 제1 양태에는 고분자 필름의 한쪽 표면측에 굴절률 이방성 재료가 고농도로 함유되며, 다른쪽 표면측에 굴절률 이방성 재료가 저농도로 함유되는 형태도 포함된다. 이 경우에도 저농도측은 표면의 접착성이나 강도 등에서, 고농도측보다 고분자 필름 자체의 성질에 근접하다는 이점을 갖는다. 또한, 해당 저농도측 표면에 별도의 층을 접착시키는 경우, 굴절률 이방성 재료의 농도는 고분자 필름 자체가 갖는 접착성에 지장을 초래하지 않는 범위 내의 저농도, 예를 들면, 위상차 필름의 순수에 대한 접촉각의 고농도측 표면과 저농도측 표면의 차이가 2도 이상, 더욱 바람직하게는 4도 이상, 특히 바람직하게는 5도 이상인 농도이다.
(2) 제2 양태
본 발명에서의 제2 양태는, 굴절률 이방성 재료의 고분자 필름의 두께 방향의 농도 구배가 고분자 필름의 양쪽 표면측이 고농도이고, 중앙부를 향해 저농도가 되는 농도 구배인 양태이다. 이 제2 양태를 도 2에 모식적으로 나타낸다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 양태에서는 고분자 필름 (1)의 양쪽 표면측에 굴절률 이방성 재료를 함유하는 위상차 강화 영역 (2)가 형성되어 있으며, 중앙부에는 기재 영역 (5)가 형성되어 있다.
본 양태에서는, 이와 같이 굴절률 이방성 재료를 함유하는 위상차 강화 영역이 고분자 필름의 양쪽 표면측에 형성되어 있다는 특징을 갖는다. 이 위상차 강화 영역 내에서의 굴절률 이방성 재료의 농도 구배는, 통상적으로 고분자 필름의 표면측이 고농도가 되어 있고, 고분자 필름의 두께 방향의 중심측이 저농도가 되어 있다. 그리고, 고분자 필름의 두께 방향 중앙부에는, 굴절률 이방성 재료가 함유되어 있지 않은 영역인 기재 영역이 형성되어 있다.
이 경우의 위상차 강화 영역의 막 두께는, 상기 제1 양태와 동일하기 때문에 여기서의 설명은 생략한다.
본 양태에서는, 이와 같이 고분자 필름의 양쪽 표면측에 위상차 강화 영역이 형성된 것이기 때문에, 이하와 같은 이점을 갖는다.
즉, 본 양태에서는, 양쪽 표면측에 위상차 강화 영역을 갖기 때문에, 위상차 강화 영역에서의 리타데이션값이 상기 제1 양태의 2배가 될 것으로 예상된다. 따라서, 상기 제1 양태에서는 리타데이션값이 부족한 경우 등, 추가로 대폭적인 리타데이션값이 필요한 경우에 이점을 갖게 된다.
또한, 굴절률 이방성 재료를 함유시킨 위상차 강화 영역은 위상차 필름으로서의 강도가 저하되는 경우가 있지만, 중앙부에 굴절률 이방성 재료가 함유되어 있지 않은 영역인 기재 영역을 갖기 때문에, 위상차 필름으로서의 강도를 유지할 수 있다는 등의 이점을 갖는 것이다.
또한, 도 2의 예에서는, 고분자 필름 (1)의 양쪽 표면측에 굴절률 이방성 재료를 함유하는 위상차 강화 영역 (2)가 형성되어 있으며, 중앙부에는 기재 영역 (5)가 형성되어 있는 형태이지만, 제2 양태에는 고분자 필름의 양쪽 표면측에 굴절률 이방성 재료가 고농도로 함유되며, 중앙부에 굴절률 이방성 재료가 저농도로 함유되는 형태도 포함된다. 이 경우에도 저농도 영역은, 강도 등에서 고농도측보다 고분자 필름 자체의 성질에 근접한다는 이점을 갖는다.
굴절률 이방성 재료의 농도 구배가 본 양태와 같이 되어 있는지의 판단은, 상기 제1 양태의 경우와 동일한 방법을 이용한 위상차 강화 영역 및 기재 영역의 조성 분석에 의해 판단할 수 있다.
본 발명에서는 상기한 어떠한 양태에서도, 상기 굴절률 이방성을 갖는 재료의 상기 고분자 필름의 두께 방향의 농도 구배가 연속적으로 변화되는 것이 바람직하다. 이러한 경우에는, 임의의 두께에서 농도가 불연속적으로 변화되는 경우에 비해, 층내의 특정한 계면에 대한 응력의 집중이 없어지기 때문에, 박리 강도가 강해져 내열성이나 내수성(사용 환경하에서의 한열 반복, 또는 물과의 접촉시의 계면 박리에 대한 내구성) 등의 신뢰성, 내알칼리성 및 리워크성 등이 높아진다.
또한, 여기서 농도 구배가 연속적으로 변화된다는 것은, 예를 들면 도 3(a) 내지 (e)에 도시한 바와 같이 종축을 농도로 하고, 횡축을 두께 방향으로 한 경우, 두께 방향에서의 농도의 변화가 연속적인 경우를 말한다.
또한, 본 발명에서는, 상기 굴절률 이방성을 갖는 재료의 농도 구배가 완만한 영역과, 상기 굴절률 이방성을 갖는 재료의 농도 구배가 급한 영역을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 경우에는, 고농도일 뿐만 아니라 완만한 농도 구배 영역에서 충분한 양의 굴절률 이방성을 갖는 재료를 집중시켜, 여기서 충분한 리타데이션값을 확보하고, 급한 농도 구배 영역에서 고농도 영역으로부터 저농도 영역 사이의 농도를 연속적으로 접속하여, 층내 특정 계면에 대한 응력 집중을 방지할 수 있기 때문에, 원하는 위상차를 가지면서 신뢰성이 높아진다.
본 발명에서, 농도 구배가 완만하다거나 급하다는 것은, 굴절률 이방성을 갖는 재료의 두께 방향의 농도 구배의 분포에서의 상대적인 관계이다. 농도 구배가 완만한 영역과 농도 구배가 급한 영역은, 상대적으로 농도 구배가 작은 값으로 연속되고 있는 영역과 큰 값으로 연속되고 있는 영역을 거시적으로 나눈 것이다. 이 경우 농도 구배가 완만한 영역에는, 농도 구배가 일정한 영역이 포함된다. 본 발명에서 농도 구배가 완만한 영역은, 도 3(a)의 영역 (A), 도 3(b)의 영역 (A)와 같이, 굴절률 이방성 재료의 농도가 상대적으로 높고, 고분자 필름 내에 굴절률 이방성 재료가 포화에 가까운 농도로 충전되어 있는 경우 등을 들 수 있다. 또한 본 발명에서 농도 구배가 급한 영역은, 도 3(a)의 영역 (B), 도 3(b)의 영역 (B)와 같이, 굴절률 이방성 재료가 상대적으로 높은 농도로 포함되는 영역으로부터 굴절률 이방성 재료가 포함되지 않는 기재 영역으로 전이하는 영역 등을 들 수 있다. 높은 리타데이션값이 요구되는 경우에는, 도 3(a), 도 3(b)와 같은 농도 구배가 일반적으로 바람직하다. 단, 특히 높은 리타데이션값이 요구되지 않는 경우에는, 도 3(c)와 같이, 굴절률 이방성 재료가 고농도로 충전되어 있는 고분자 필름 표면 근방에, 중앙부를 향해 농도가 고농도로부터 저농도로 전이되는 농도 구배가 급한 영역과, 그 중앙부측에 굴절률 이방성 재료가 저농도로 충전되어 있는 농도 구배가 완만한 영역이 연속되어 있는 형태일 수도 있다.
상기 제1 양태에서, 상기 굴절률 이방성을 갖는 재료의 농도 구배가 완만한 영역과, 농도 구배가 급한 영역을 갖는 경우, 도 4에 모식적으로 도시된 바와 같이, 고분자 필름 (1)의 한쪽 표면측 (3)에 굴절률 이방성 재료를 함유하는 위상차 강화 영역 (2)가 형성되어 있으며, 반대측의 표면측 (4)에는 기재 영역 (5)가 형성되어 있고, 위상차 강화 영역 (2) 중 기재 영역 (5)와의 경계 영역에, 굴절률 이방성 재료가 상대적으로 높은 농도로 포함됨과 동시에, 농도 구배가 완만한 영역으로부터 굴절률 이방성 재료가 포함되지 않는 기재 영역으로 전이하는 농도 구배가 급한 중간 영역 (9)가 형성되어 있는 경우를 들 수 있다.
상기 제2 양태에서, 상기 굴절률 이방성을 갖는 재료의 농도 구배가 완만한 영역과, 농도 구배가 급한 영역을 갖는 경우, 도 5에 모식적으로 도시된 바와 같이, 고분자 필름 (1)의 양쪽의 표면측에 굴절률 이방성 재료를 함유하는 위상차 강화 영역 (2)가 형성되어 있으며, 중앙부에는 기재 영역 (5)가 형성되어 있고, 위상차 강화 영역 (2) 중 기재 영역 (5)와의 경계 영역에, 굴절률 이방성 재료가 상대적으로 높은 농도로 포함됨과 동시에, 농도 구배가 완만한 영역으로부터 굴절률 이방성 재료가 포함되지 않는 기재 영역으로 전이하는 농도 구배가 급한 중간 영역 (9)가 형성되어 있는 경우를 들 수 있다.
또한, 상기 굴절률 이방성을 갖는 재료의 상기 고분자 필름의 두께 방향의 농도 구배가 연속적으로 변화되거나, 상기 굴절률 이방성을 갖는 재료의 농도 구배가 완만한 영역과, 상기 굴절률 이방성을 갖는 재료의 농도 구배가 급한 영역을 갖는 것은, 상기 설명한 위상차 필름의 두께 방향 단면의 비행 시간형 2차 이온 질량 분석(TOF-SIMS) 등의 농도 분포 분석에 의해 판단할 수 있다.
4. 위상차 필름
본 발명의 위상차 필름은, 위상차 필름의 가시광 영역에서의 리타데이션값이, 단파장측이 장파장측보다 큰 것이 바람직하다. 일반적으로 액정 표시 장치의 액정층에 이용되는 액정 재료의 가시 광역에서의 리타데이션값은, 단파장측이 장파장측보다 크다. 따라서, 본 발명의 위상차 필름을 예를 들면 광학 보상판으로서 이용한 경우, 가시 광역에서의 전체 파장에서 보상을 행할 수 있다는 이점을 갖기 때문이다.
이와 같이, 위상차 필름의 가시 광역에서의 리타데이션값을 단파장측이 장파장측보다 크게 하기 위해서는, 고분자 필름 및 굴절률 이방성 재료의 가시 광역에서의 리타데이션 값이, 단파장측이 장파장측보다 큰 것을 선택하는 것이 바람직하다. 그러나, 편광층(에를 들면 폴리비닐알코올(PVA))의 보호 필름에 이용되고 있는 TAC 필름은, 이와 같은 리타데이션값을 갖지 않기 때문에, 굴절률 이방성 재료가 상술한 리타데이션값을 갖는 것을 선택하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에서는, 상기 위상차 필름의 가시광 영역에서의 리타데이션값이, 장파장측이 단파장측보다 클 수도 있다. 이 경우에는, 본 발명의 위상차 필름을 예를 들면 편광 필름과 접합하여 편광판으로서 이용한 경우, 광 누설 보상이 우수하다는 이점을 갖기 때문에 바람직하다.
또한, 본 발명의 위상차 필름은, 상기 위상차 필름의 파장 550 ㎚에서 측정한 두께 방향 리타데이션(Rth)의 필름면 방향에서의 변동이 Rth의 평균값을 기준으로서 ±5 ㎚의 범위 내인 것이 바람직하다. 본 발명의 위상차 필름은, 주로 굴절률 이방성 재료의 침투에 의해 리타데이션의 값이 조절되기 때문에, 예를 들면 2축 연신에 의해 제조된 음의 C 플레이트의 위상차 필름에 비해, 면내 및 두께 방향 리타데이션값의 변동을 작게 하는 것이 가능하다. 연신에 의해서만 리타데이션값을 조절하는 경우이면, 면내 전체 영역에 균일한 위상차를 얻는 것은 매우 곤란하며, 말단을 사용할 수 없는 것이 일반적이다. 본 발명의 위상차 필름은, 리타데이션의 변동이 작기 때문에, 예를 들면 이 위상차 필름을 광학 보상 필름으로서 표시 장치에 적용하는 경우, 표시 화면 내가 균일하게 광학 보상되어, 시야각 등의 표시 품위가 우수한 표시 장치를 얻을 수 있다.
여기서, 두께 방향 리타데이션이란, 필름의 면내 방향에서의 지상축 방향(필름 면내 방향에서의 굴절률이 최대가 되는 방향)의 굴절률을 nx, 필름 면내에서의 진상축 방향(필름 면내 방향에서의 굴절률이 최소가 되는 방향)의 굴절률을 ny, 및 필름의 두께 방향의 굴절률을 nz로 했을 때, Rth[㎚]={(nx+ny)/2-nz}×d(d: 두께)로 나타낼 수 있고, 면내 리타데이션은 Re[㎚]=(nx-ny)×d(d: 두께)로 나타낼 수 있다.
또한, 두께 방향 리타데이션의 필름면 방향에서의 변동은, 예를 들면 이하와 같이 하여 평가할 수 있다. 필름 면내의 전체 영역에 대하여 소정 간격마다 두께 방향 리타데이션을 측정한다. 측정값으로부터 평균값을 산출하여, 소정 간격마다의 각 측정값으로부터 평균값을 감산하여 변동을 산출할 수 있다. 필름이 장척 필름인 경우, 제조 조건을 시간적으로 변동시키지 않는 경우에는, 길이 방향에 대해서는 두께 방향 리타데이션이 일정하다고 가정할 수 있기 때문에, 길이 방향에 수직인 폭 방향에 대하여 소정 간격마다 두께 방향 리타데이션을 측정하고, 측정값으로부터 평균값을 산출하여, 소정 간격마다의 각 측정값으로부터 평균값을 감산하여 변동을 산출할 수도 있다.
또한, 본 발명의 위상차 필름은, 상기 두께 방향 리타데이션이 70 내지 300 ㎚인 것이 바람직하다. 이러한 경우에는, 예를 들면 시야각 개선 효과를 향상시킬 수 있기 때문이다.
또한, 상기 두께 방향 및 면내 방향 리타데이션의 값은, 예를 들면 자동 복굴절 측정 장치(예를 들면, 오지 게이소꾸 기끼 가부시끼가이샤 제조, 상품명: KOBRA-21ADH)를 이용하여, 23 ℃, 55 ％RH의 환경하에 파장 589 ㎚에서 3차원 굴절률 측정을 행하고, 굴절률 nx, ny 및 nz를 구함으로써 얻을 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 도공액의 양이나 농도를 변경하여 위상차 강화 영역의 수단을 이용하여 리타데이션값을 조절한다. 연신에 의해 리타데이션값을 조절하는 경우, 일반적으로 연신 배율을 크게 하면 위상차 필름이 혼탁해져, 헤이즈값이 높아지고, 소편성(消偏性)이 높아진다는, 즉 편광 상태가 흐트러져 편광을 제어할 수 없게 된다는 문제점이 있었지만, 본 발명에서는 원하는 리타데이션값을 얻어 시야각 개선 효과를 향상시키면서, 소편성을 매우 적게 하는 것이 가능하다.
즉, 본 발명의 위상차 필름은, JIS-K7105에 준거하여 측정했을 때의 헤이즈값이 1 ％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.8 ％ 이하를 달성할 수 있다.
또한, 본 발명의 위상차 필름은, 고분자 필름 내에 적어도 상기 굴절률 이방성 재료가 함유되어 이루어지는 것이지만, 본 발명의 효과가 손상되지 않는 한, 다른 성분이 포함될 수도 있다. 예를 들면, 잔존 용제, 광 중합 개시제, 중합 금지제, 레벨링제, 카이랄제 및 실란 커플링제 등이 포함될 수 있다.
또한, 본 발명의 위상차 필름은, 추가로 다른 층이 직접 적층된 것일 수도 있다. 예를 들면, 위상차 필름으로서 리타데이션값이 부족한 경우에는, 추가로 다른 위상차층을 직접 적층할 수도 있다. 또한, 후술하는 바와 같이 다른 광학적 기능층, 예를 들면 편광층을 직접 적층하는 것도 가능하다.
또한, 본 발명의 위상차 필름에는, 상기 굴절률 이방성 재료가 용매에 용해 또는 분산된 위상차 강화 영역 형성용 도공액을 고분자 필름의 표면에 도포함으로써, 상기 굴절률 이방성 재료를 고분자 필름 내에 침투시켜 형성한 경우, 침투시킨 측의 고분자 필름 표면에 상기 굴절률 이방성 재료가 막 형상으로 잔존되어 있는 양태도 포함된다.
또한 본 발명에서는, 상기 위상차 필름을 최소 직경이 6인치 이하인 롤상으로 권취하는 것이 가능한 것이 바람직하다. 위상차 필름은 그의 제조, 보관, 유통, 후가공시의 양산성 및 생산 효율을 높이기 위해, 장척 벨트상 필름(웹이라고도 함)의 형태로 하고, 제조, 검사 및 후가공할 때 이외의 보관, 반송, 및 가공 대기시에는 원통상으로 권취한 롤의 형태로 하는 것이 바람직하다. 이 롤의 권취 중심이 되는 관의 직경으로서는, 통상적으로 6인치 이하, 경우에 따라서는 3인치이다. 따라서, 프로세스상 유리하도록 롤상으로 권취 가능하게 하기 위해서는, 위상차 필름은 최소 직경 6인치 이하, 보다 바람직하게는 3인치 이하로 권취하는 것이 가능한 것이 바람직하다.
한편, 굴절률 이방성을 갖는 재료는 일반적으로 단단하고, 취약한 경향이 있다. 특히, 고정화시키기 위해 중합한 경우에는 그 경향이 강하다. 그 때문에, 종래의 고분자 필름의 기재 위에 별층으로서의 위상차층을 적층한 구성의 위상차 필름에서는, 단단하고 취약한 위상차층 때문에 6인치 이하의 직경으로 권취하면, 위상차층에 균열이 발생하거나, 위상차층이 기재로부터 박리된다는 문제점이 발생하였다. 이 균열 방지를 위해 위상차층 위에 보호층을 추가로 설치할 필요가 있었다. 또한, 위상차 필름을 예를 들면 30 ㎠의 정방형상 시트와 같은 매엽(枚葉)의 시트의 상태로 제조 및 보관하면 이 문제점은 해결되지만, 생산 효율 및 양산성은 저하된다. 이에 비해, 본 발명에서 얻어지는 위상차 필름은, 고분자 필름 중에 상기 굴절률 이방성 재료가 함유되어 위상차 강화 영역을 형성하고 있는 것이기 때문에, 고분자 필름 내부에 위상차층(위상차 강화 영역)이 내포되며, 위상차층을 포함하지 않는 (또는 포함하여도 그 양이 적은) 영역도 갖는다. 그 때문에, 보호층 등을 설치하지 않아도, 롤상으로 권취했을 때의 응력 집중에 의해 균열이 발생하기 어렵고, 바람직하게 롤상 형태로 하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 위상차 필름은, 단층인 것을 1매만 이용할 뿐만 아니라, 필요에 따라 2매 이상을 접합하여 적층한 형태로 이용하는 것도 가능하다. 2매를 적층하는 구체예로서는, 동일한 위상차 필름을 주 굴절률의 방향(광학 이방성의 방향)을 일치시켜 2매 이상 적층하는 형태, 동일한 위상차 필름을 주굴절률의 방향을 서로 상이하게 하여 2매 이상 적층하는 형태, 서로 상이한 광학 이방성의 위상차 필름을 주굴절률의 방향(광학 이방성의 방향)을 일치시켜 2매 이상 적층하는 형태, 또는 서로 상이한 광학 이방성의 위상차 필름을 주 굴절률의 방향(광학 이방성의 방향)을 서로 상이하게 하여 2매 이상 적층하는 형태 등을 들 수 있다. 이러한 경우에는, 1매만으로는 실현할 수 없는 크기의 광학 이방성값을 실현하거나, 또는 1매만으로는 실현할 수 없는 복잡한 광학 이방성을 실현하는 것이 가능해진다.
또한, 위상차 필름끼리의 접합 및 적층은, 예를 들면 적당한 투명한 접착제층을 통해 접함함으로써 행해진다.
5. 용도
본 발명의 위상차 필름의 용도로서는, 광학적 기능 필름으로서 다양한 용도에 이용할 수 있다. 구체적으로는, 광학 보상판(예를 들면, 시각 보상판), 타원 편광판 및 휘도 향상판 등을 들 수 있다.
본 발명에서는, 특히 광학 보상판으로서의 용도가 바람직하다. 구체적으로는 고분자 필름으로서 TAC 필름을 이용하고, 굴절률 이방성 재료로서 분자 구조가 막대 형상인 액정성 화합물을 이용함으로써, 음의 C 플레이트로서의 용도에 이용할 수 있다.
또한, 본 발명의 위상차 필름은, 액정 표시 장치에 이용되는 다양한 광학 기능 필름으로서 이용하는 것이 가능하다. 예를 들면, 상술한 바와 같이 본 발명의 위상차 필름이 음의 C 플레이트인 광학 보상판으로서 이용되는 경우에는, VA 모드 또는 OCB 모드 등의 액정층을 갖는 액정 표시 장치에 바람직하게 이용된다.
B. 위상차 필름의 제조 방법
본 발명의 위상차 필름의 제조 방법은, 고분자 필름의 적어도 한쪽 표면에, 굴절률 이방성 재료가 용매에 용해 또는 분산되어 이루어지는 위상차 강화 영역 형성용 도공액을 도포하는 도포 공정과, 상기 도포 공정에 의해 도포된 상기 위상차 강화 영역 형성용 도공액 중의 상기 굴절률 이방성 재료를 상기 고분자 필름에 침투시키는 침투 공정과, 상기 도포 공정에 의해 도포된 상기 위상차 강화 영역 형성용 도공액 중의 상기 용매를 건조시키는 건조 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.
이러한 본 발명의 위상차 필름의 제조 방법에 대하여, 도면을 이용하여 구체적으로 설명한다. 도 6은, 본 발명의 위상차 필름의 제조 방법의 일례를 나타내는 공정도이다. 도 6(a)에 도시한 바와 같이, 우선 고분자 필름 (1) 위에 위상차 강화 영역 형성용 도공액 (6)을 도포하는 도포 공정이 행해진다. 이어서, 도 6(b)에 도시한 바와 같이, 위상차 강화 영역 형성용 도공액 중의 상기 굴절률 이방성 재료를 상기 고분자 필름에 침투시키는 침투 공정, 및 상기 도포 공정에 의해 도포된 상기 위상차 강화 영역 형성용 도공액 중의 상기 용매를 건조시키는 건조 공정이 행해진다. 이에 따라, 고분자 필름 표면으로부터, 상기 위상차 강화 영역 형성용 도공액 중의 굴절률 이방성 재료가 침투되어, 고분자 필름의 표면측에 굴절률 이방성 재료가 함유된 위상차 강화 영역 (2)가 형성된다. 이에 따라 고분자 필름 내에는, 굴절률 이방성 재료가 함유된 위상차 강화 영역 (2)와, 굴절률 이방성 재료가 함유되어 있지 않은 기재 영역 (5)가 형성된다. 그리고, 마지막으로 도 6(c)에 도시한 바와 같이, 상기 위상차 강화 영역 (2)측으로부터 자외선 (7)을 조사함으로써, 고분자 필름 내에 포함된 굴절률 이방성 재료를 중합시키는 고정화 공정이 행해져, 위상차 필름 (8)이 형성된다.
이러한 본 발명의 위상차 필름의 제조 방법에 따르면, 상기 위상차 강화 영역 형성용 도공액을 도포함으로써, 용이하게 위상차 필름을 형성하는 것이 가능하고, 상기 위상차 강화 영역 형성용 도공액의 도포량 등을 변경하는 것만으로도, 얻어지는 위상차 필름의 리타데이션값을 변경하는 것이 가능해진다. 따라서, 본 발명에 따르면, 적은 수량으로도 용이하게 임의의 리타데이션값을 갖는 위상차 필름을 얻을 수 있다는 이점을 갖는다.
또한, 각 공정은 각각 2회 이상 행할 수도 있다. 예를 들면, 우선 고분자 필름 위에 제1 위상차 강화 영역 형성용 도공액을 도포하는 도포 공정을 행하고, 이어서, 제1 위상차 강화 영역 형성용 도공액 중의 제1 굴절률 이방성 재료를 고분자 필름에 침투시키는 침투 공정, 및 상기 제1 위상차 강화 영역 형성용 도공액 중의 용매를 건조시키는 건조 공정을 행한다. 이어서, 제1 위상차 강화 영역 형성용 도공액을 도포한 측의 면에, 추가로 제2 위상차 강화 영역 형성용 도공액을 도포하는 도포 공정을 행하고, 이어서 제2 위상차 강화 영역 형성용 도공액 중의 제2 굴절률 이방성 재료를 침투시키는 침투 공정, 및 상기 제2 위상차 강화 영역 형성용 도공액 중의 용매를 건조시키는 건조 공정을 행하며, 제2 위상차 강화 영역 형성용 도공액을 도포한 측으로부터 고정화 공정을 행함으로써, 위상차 필름을 형성할 수도 있다. 이 경우, 예를 들면 제1 굴절률 이방성 재료로서, 고분자 필름에 침투되기 쉬운 중합성 관능기를 갖지 않는 막대 형상 액정성 분자를 이용하고, 제2 굴절률 이방성 재료로서 중합성 관능기를 갖는 막대 형상 액정성 분자를 이용하면, 고분자 필름은, 위상차를 보다 강화하기 쉬운 중합성 관능기를 갖지 않는 막대 형상 액정성 분자가 함유된 영역과, 보다 표면측에 중합성 관능기를 갖는 막대 형상 액정성 분자가 함유된 영역이 공존하여 형성되기 때문에, 보다 강화된 위상차를 가지면서, 고분자 필름 표면은 고정화 공정에 의해 중합되어 안정화되는 효과가 얻어진다. 제1 굴절률 이방성 재료로서, 중합성 관능기가 보다 적은 막대 형상 액정성 분자를 이용하고, 제2 굴절률 이방성 재료로서 중합성 관능기가 보다 많은 막대 형상 액정성 분자를 이용하여도, 상기와 동일한 효과가 얻어진다.
또한, 본 발명에서의 위상차 강화 영역 형성용 도공액을 도포하는 상기 도포 공정과 상기 침투 공정과 상기 건조 공정 후, 굴절률 이방성 재료는 아니지만 중합성 관능기를 갖는 재료가 용매에 용해 또는 분산되어 이루어지는 도공액을 추가로 도포하는 공정이나, 해당 도공액을 건조하는 공정 및 추가로 중합성 관능기를 중합시키는 공정을 가질 수도 있다. 이 경우에는, 예를 들면 위상차 강화 영역 형성용 도공액에 포함되는 굴절률 이방성 재료가 중합성 관능기를 갖지 않아도, 고분자 필름의 보다 표면측에 존재하는 중합성 관능기를 갖는 재료가 중합되어 고정화됨으로써, 굴절률 이방성 재료의 삼출 방지가 가능하고, 필름의 내구성 및 안정성이 부여된다.
이하, 본 발명의 위상차 필름의 제조 방법에 대하여, 공정마다 설명한다.
1. 도포 공정
본 발명에서의 도포 공정은, 고분자 필름의 적어도 한쪽 표면에, 굴절률 이방성 재료가 용매에 용해 또는 분산되어 이루어지는 위상차 강화 영역 형성용 도공액을 도포하는 공정이다.
본 발명에서는, 도포 공정에서의 위상차 강화 영역 형성용 도공액의 도포량에 따라, 얻어지는 위상차 필름의 리타데이션값을 변화시킬 수 있다.
본 발명에 이용되는 위상차 강화 영역 형성용 도공액은, 적어도 용매와, 상기 용매에 용해 또는 분산되어 있는 굴절률 이방성 재료가 함유되어 이루어지는 것이며, 필요에 따라 다른 첨가제가 첨가된다. 이러한 첨가제로서는, 구체적으로 이용되고 있는 굴절률 이방성 재료가 광 경화형인 경우에는, 광 중합 개시제 등을 들 수 있다. 이외에 중합 금지제, 레벨링제, 카이랄제 및 실란 커플링제 등을 들 수 있다.
상기 위상차 강화 영역 형성용 도공액에 이용되는 굴절률 이방성 재료로서는, 상기 "A. 위상차 필름"의 란에 기재된 것과 동일하기 때문에, 여기서의 설명은 생략한다. 또한, 굴절률 이방성 재료가 중합성 관능기를 가지며, 위상차 필름의 제조 공정에서 후술하는 고정화 공정(굴절률 이방성 재료를 중합시켜 고분자화시키는 공정)이 행해진 경우에는, 위상차 필름에 함유되는 굴절률 이방성 재료가 소정의 중합도로 중합되기 때문에, 엄밀하게는 위상차 강화 영역 형성용 도공액에 이용된 것과 상이한 것이다.
또한, 상기 위상차 강화 영역 형성용 도공액에 이용되는 용매로서는, 고분자 필름을 충분히 팽윤시키는 것이 가능하며, 상기 굴절률 이방성 재료를 용해 또는 분산시킬 수 있는 용매이면 특별히 한정되지 않는다. 구체적으로는, 고분자 필름이 TAC이고, 굴절률 이방성 재료가 말단에 아크릴레이트를 갖는 네마틱 액정인 경우에는, 시클로헥사논이 바람직하게 이용된다.
본 발명의 위상차 강화 영역 형성용 도공액에서의 용매 중의 굴절률 이방성 재료의 농도로서는, 특별히 한정되지 않지만, 통상적으로 5 질량％ 내지 40 질량％의 범위 내, 특히 15 질량％ 내지 30 질량％의 범위 내인 것이 바람직하다.
또한, 고분자 필름 위에 대한 도공량으로서는, 얻어지는 위상차 필름이 요구되는 리타데이션값에 따라 상이하지만, 굴절률 이방성 재료의 건조 후의 도공량이 0.8 g/㎡ 내지 8 g/㎡의 범위 내, 특히 1.6 g/㎡ 내지 5 g/㎡의 범위 내인 것이 바람직하다.
본 공정에서의 도포 방법은, 고분자 필름 표면에 위상차 강화 영역 형성용 도공액을 균일하게 도포할 수 있는 방법이면 특별히 한정되지 않으며, 바 코팅, 블레이드 코팅, 스핀 코팅, 다이 코팅, 슬릿 리버스, 롤 코팅, 딥 코팅, 잉크젯법 및 마이크로 그라비아법 등의 방법을 이용할 수 있다. 본 발명에서는, 이 중에서도 블레이드 코팅, 다이 코팅, 슬릿 리버스 및 롤 코팅을 이용하는 것이 바람직하다.
2. 침투 공정 및 건조 공정
본 발명에서는 상기 도포 공정을 행한 후, 상기 도포 공정에 의해 도포된 상기 위상차 강화 영역 형성용 도공액 중의 상기 굴절률 이방성 재료를 상기 고분자 필름에 침투시키는 침투 공정, 및 상기 도포 공정에 의해 도포된 상기 위상차 강화 영역 형성용 도공액 중의 상기 용매를 건조시키는 건조 공정이 행해진다.
상기 침투 공정은, 굴절률 이방성 재료가 충분히 고분자 필름 내에 침투하여 취입되도록 도포 후의 고분자 필름을 방치하는 공정이지만, 이용하는 용매의 종류 등에 따라 건조 공정과 동시에 행할 수도 있다.
상기 침투 공정에서, 상기 위상차 강화 영역 형성용 도공액 중의 상기 굴절률 이방성 재료의 90 중량％ 이상, 바람직하게는 95 중량％ 이상, 특히 바람직하게는 100 중량％ 모두 고분자 필름 내에 침투하여 취입되는 것이 바람직하다. 상기 굴절률 이방성 재료가 고분자 필름 내에 침투되지 않고 고분자 필름 표면에 다수 잔류하는 경우에는, 표면이 혼탁해져 필름의 광 투과율이 저하되는 경우가 있기 때문이다.
따라서, 침투 및 건조 공정 후의 고분자 필름은, 침투시킨 측의 표면을 JIS-K7105에 준거하여 측정했을 때의 헤이즈값이 10 ％ 이하인 것이 바람직하며, 이 중에서도 2 ％ 이하, 특히 1 ％ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 상기 건조 공정은, 위상차 강화 영역 형성용 도공액 중의 용매를 건조시키는 공정이며, 이용하는 용매의 종류 및 침투 공정과 동시에 행하는지에 따라 온도 및 시간이 대폭 상이하다. 예를 들면, 용매로서 시클로헥사논을 이용하여 침투 공정과 동시에 행하는 경우에는, 통상적으로 실온 내지 120 ℃, 바람직하게는 70 ℃ 내지 100 ℃ 범위 내의 온도에서 30초 내지 10분, 바람직하게는 1분 내지 5분 정도의 시간으로 건조 공정이 행해진다.
3. 고정화 공정
또한, 이용한 굴절률 이방성 재료가 중합성 관능기를 갖는 경우에는, 굴절률 이방성 재료를 중합시켜 고분자화하기 위해 고정화 공정이 행해진다. 이러한 고정화 공정을 행함으로써, 일단 고분자 필름 내에 취입된 굴절률 이방성 재료가 삼출되는 것을 방지하는 것이 가능해져, 얻어지는 위상차 필름의 안정성을 향상시키는 것이다.
본 발명에서의 고정화 공정은, 이용하는 굴절률 이방성 재료에 따라 다양한 방법이 이용된다. 예를 들면, 굴절률 이방성 재료가 가교성 화합물인 경우에는, 광 중합 개시제가 함유되어 자외선이 조사되거나, 또는 전자선이 조사되고 열 경화성 화합물은 가열된다.
C. 광학 기능 필름
이어서, 본 발명의 광학 기능 필름에 대하여 설명한다. 본 발명의 광학 기능 필름은, 상기 "A. 위상차 필름"의 란에서 설명한 위상차 필름에, 위상차 필름 이외의 광학 기능층을 직접 접합함으로써 형성된 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명에서의 광학 기능층은, 본 발명의 위상차 필름을 사용하는 각종 용도에서, 본 발명의 위상차 필름과 협동하여 원하는 광학 기능을 종합적으로 발현하는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 본 발명에서의 광학 기능층으로는, 예를 들면 반사 방지층, 자외선 흡수층 및 적외선 흡수층 등을 들 수 있다.
따라서, 본 발명의 광학 기능 필름은, 상기 "A. 위상차 필름"의 란에서 설명한 위상차 필름의 기능 뿐만 아니라 상기한 바와 같은 각 광학 기능층의 기능을 겸비하는 필름이다. 본 발명의 광학 기능 필름은, 예를 들면 광학 보상 등의 본 발명의 위상차 필름이 갖는 기능과, 예를 들면 반사 방지 등의 다른 기능을 겸비하기 때문에, 각각의 기능을 갖는 필름을 별도로 설치할 필요가 없다는 이점을 갖는다.
반사 방지층으로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 투명 기재 필름 위에 상기 투명 기재보다 저굴절률의 물질을 포함하는 저굴절률층을 형성한 것, 또는 투명 기재 필름 위에 상기 투명 기재보다 고굴절률의 물질을 포함하는 고굴절률층, 및 상기 투명 기재보다 저굴절률의 물질을 포함하는 저굴절률층을, 이 순서대로 교대로 각 1층씩 이상 적층한 것 등을 들 수 있다. 이들 고굴절률층 및 저굴절률층은, 층의 기하학적 두께와 굴절률의 곱으로 표시되는 광학 두께가 반사 방지해야 하는 빛의 파장의 1/4이 되도록, 진공 증착 및 도공 등에 의해 형성된다. 고굴절률층의 구성 재료로서는 산화티탄 및 황화아연 등이, 저굴절률층의 구성 재료로서는 불화마그네슘 및 빙정석 등이 이용된다.
또한, 자외선 흡수층으로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 폴리에스테르 수지 및 아크릴 수지 등의 필름 중에, 벤조트리아졸계 화합물, 벤조페논계 화합물 및 살리실레이트계 화합물 등을 포함하는 자외선 흡수제를 첨가하여 성막한 것을 들 수 있다.
또한, 적외선 흡수층으로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 폴리에스테르 수지 등의 필름 기재 위에 적외선 흡수층을 도공 등에 의해 형성한 것을 들 수 있다. 적외선 흡수층으로서는, 예를 들면 디인모늄계 화합물 및 프탈로시아닌계 화합물 등을 포함하는 적외선 흡수제를, 아크릴 수지 및 폴리에스테르 수지 등을 포함하는 결합제 수지 중에 첨가하여 성막한 것이 이용된다.
본 발명에서는, 상기 위상차 필름의 제1 양태, 즉 굴절률 이방성 재료의 농도 구배가 고분자 필름의 한쪽 표면측이 고농도이고, 다른쪽 표면측을 향해 저농도가 되는 농도 구배이며, 다른쪽 표면측이 기재 영역인 양태의 위상차 필름이 바람직하게 이용된다. 위상차 필름에 이용되는 고분자 필름의 종류에 따라서도 상이하지만, 굴절률 이방성 재료가 존재하지 않는 측의 면이 광학 기능층과의 접착성이 양호해지는 경우가 많기 때문이다.
D. 편광 필름
이어서, 본 발명의 편광 필름에 대하여 설명한다. 본 발명의 편광 필름은, 상기 "A. 위상차 필름"의 란에서 설명한 위상차 필름에, 편광층을 폴리비닐알코올(PVA)계 접착제 등으로 직접 접합함으로써 형성된 것을 특징으로 하는 것이다.
편광 필름은, 통상적으로 편광층과 그 양쪽 표면에 보호층이 형성되어 이루어지는 것이지만, 본 발명에서는 예를 들면 한 측의 보호층을 상술한 위상차 필름으로 함으로써, 예를 들면 광학 보상 기능을 갖는 편광 필름으로 할 수 있다.
편광층으로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 요오드계 편광층, 2색성 염료를 이용하는 염료계 편광층이나 폴리엔계 편광층 등을 이용할 수 있다. 요오드계 편광층이나 염료계 편광층은, 일반적으로 폴리비닐알코올을 이용하여 제조된다.
본 발명에서는, 상기 위상차 필름의 제1 양태, 즉 굴절률 이방성 재료의 농도 구배가 고분자 필름의 한쪽 표면측이 고농도이고, 다른쪽 표면측을 향해 저농도가 되는 농도 구배인 양태의 위상차 필름이 바람직하게 이용된다. 편광층은 통상적으로 폴리비닐알코올(PVA)을 포함하는 경우가 많으며, 이러한 경우에는 위상차 필름에 이용되는 고분자 필름의 종류에 따라서도 상이하지만, 굴절률 이방성 재료가 존재하지 않는 측의 면이 접착성이 양호해지기 때문이다.
D. 표시 장치
마지막으로, 본 발명의 표시 장치에 대하여 설명한다. 본 발명에서의 표시 장치로서는, 예를 들면 액정 표시 장치 및 유기 EL 표시 장치 등을 들 수 있다.
본 발명의 표시 장치의 제1 양태는, 상술한 본 발명에 따른 위상차 필름을 광로에 배치한 것을 특징으로 한다. 본 발명의 표시 장치는, 박리 등의 문제점이 없고, 적절한 리타데이션을 갖는 위상차 필름이 배치됨으로써, 신뢰성이 높고, 표시 품위가 우수하다.
도 7은, 본 발명의 표시 장치 중, 액정 표시 장치의 일례를 나타내는 사면도이다. 도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 액정 표시 장치 (20)은 입사측의 편광판 (102A)와, 출사측의 편광판 (102B)와, 액정셀 (104)를 갖는 것이다. 편광판 (102A) 및 (102B)는, 소정의 진동 방향의 진동면을 갖는 직선 편광만을 선택적으로 투과시키도록 구성된 것이며, 각각의 진동 방향이 서로 직각의 관계가 되도록 크로스니콜 상태로 대향하여 배치되어 있다. 또한, 액정셀 (104)는 화소에 대응하는 다수의 셀을 포함하는 것이며, 편광판 (102A) 및 (102B) 사이에 배치되어 있다.
여기서, 액정 표시 장치 (20)에서 액정셀 (104)는, 음의 유전 이방성을 갖는 네마틱 액정이 밀봉된 VA(Vertical Alig㎚ent) 방식을 이용하고 있으며, 입사측의 편광판 (102A)를 투과한 직선 편광은, 액정셀 (104) 중 비구동 상태의 셀 부분을 투과할 때에는, 위상 이동되지 않고 투과하여 출사측의 편광판 (102B)에서 차단된다. 이에 비해, 액정셀 (104) 중 구동 상태의 셀 부분을 투과할 때에는, 직선 편광이 위상 이동되어, 이 위상 시프트량에 따른 양의 빛이 출사측의 편광판 (102B)를 투과하여 출사된다. 이에 따라, 액정셀 (104)의 구동 전압을 각 셀마다 적절하게 제어함으로써, 출사측의 편광판 (102B)측에 원하는 화상을 표시할 수 있다.
이러한 구성을 포함하는 액정 표시 장치 (20)에서, 액정셀 (104)와 출사측의 편광판 (102B)(액정셀 (104)로부터 출사된 소정의 편광 상태의 빛을 선택적으로 투과시키는 편광판)의 사이의 광로에 상술한 본 발명에 따른 위상차 필름 (10)이 배치되어 있고, 위상차 필름 (10)에 의해, 액정셀 (104)로부터 출사된 소정의 편광 상태의 빛 중 액정셀 (104)의 법선으로부터 경사진 방향으로 출사되는 빛의 편광 상태를 보상할 수 있게 되어 있다.
이상과 같이, 상술한 구성을 포함하는 액정 표시 장치 (20)에 따르면, 액정 표시 장치 (20)의 액정셀 (104)와 출사측의 편광판 (102B) 사이에, 상술한 본 발명에 따른 신뢰성이 높은 위상차 필름 (10)을 배치하고, 액정셀 (104)로부터 출사된 빛 중 액정셀 (104)의 법선으로부터 경사진 방향으로 출사되는 빛의 편광 상태를 보상하기 때문에, 액정 표시 장치 (20)에서의 시각 의존성의 문제점을 효과적으로 개선할 수 있으며, 표시 품위가 우수하고, 신뢰성이 높다.
또한, 도 7에 도시한 액정 표시 장치 (20)은, 빛이 두께 방향의 한 측으로부터 다른 측으로 투과하는 투과형이지만, 본 발명에 따른 표시 장치의 실시 형태는 이것으로 한정되지 않으며, 상술한 본 발명에 따른 위상차 필름 (10)은 반사형의 액정 표시 장치에도 동일하게 조립하여 이용할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같은 다른 표시 장치의 광로에도 동일하게 조립하여 이용할 수 있다.
또한, 도 7에 도시한 액정 표시 장치 (20)에서는, 상술한 본 발명에 따른 위상차 필름 (10)을 액정셀 (104)와 출사측의 편광판 (102B) 사이에 배치하고 있지만, 광학 보상의 양태에 따라 위상차 필름 (10)을 액정셀 (104)와 입사측의 편광판 (102A) 사이에 배치할 수도 있다. 또한, 위상차 필름 (10)을 액정셀 (104)의 양측(액정셀 (104)와 입사측의 편광판 (102A) 사이, 및 액정셀 (104)와 출사측의 편광판 (102B) 사이)에 배치할 수도 있다. 또한, 액정셀 (104)와 입사측의 편광판 (102A) 사이, 또는 액정셀 (104)와 출사측의 편광판 (102B) 사이에 배치되는 위상차 필름은 1개로 한정되지 않으며, 복수개 배치될 수도 있다. 또한, 다른 광학 기능 필름이 광로에 배치될 수도 있다.
또한, 본 발명의 표시 장치의 제2 양태는, 상술한 본 발명에 따른 광학 기능 필름을 광로에 배치한 것을 특징으로 한다. 이와 같이 함으로써, 상기 위상차 필름 이외의 기능을 갖는 광학 기능판을 별도로 설치할 필요가 없으며, 신뢰성이 높고 표시 품위가 우수한 표시 장치를 얻을 수 있다.
도 8은, 본 발명의 표시 장치 중, 액정 표시 장치의 일례를 나타내는 사면도이다. 도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명의 액정 표시 장치 (30)은 입사측의 편광판 (102A)와, 출사측의 편광판 (102B)와, 액정셀 (104)를 갖는 것이다. 편광판 (102A), (102B) 및 액정셀 (104)는, 상기 도 7과 동일한 것을 이용할 수 있으며, 도 7과 동일하게 배치되어 있다.
이러한 구성을 포함하는 액정 표시 장치 (30)에서, 액정셀 (104)와 출사측의 편광판 (102B) 사이이며, 광로에 상술한 본 발명에 따른 광학 기능 필름 (40)이 배치되어 있다. 해당 광학 기능 필름이 겸비하는 기능은 특별히 한정되지 않지만, 광학 보상 기능에 자외선 흡수 기능을 겸비하는 경우, 광학 기능 필름 (40)에 의해, 액정셀 (104)로부터 출사된 소정의 편광 상태의 빛 중 액정셀 (104)의 법선으로부터 경사진 방향으로 출사되는 빛의 편광 상태를 보상하고, 외부로부터 액정 표시 장치 내에 입사되는 일광 등에서 유래하는 자외선을 흡수하여, 액정 표시 장치의 내광성을 향상시킬 수 있게 되어 있다.
이상과 같이, 상술한 구성을 포함하는 액정 표시 장치 (30)에 따르면, 액정 표시 장치 (30)의 액정셀 (104)와 출사측의 편광판 (102B) 사이에, 상술한 본 발명에 따른 신뢰성이 높은 광학 기능 필름 (40)을 배치하고, 액정셀 (104)로부터 출사된 빛 중 액정셀 (104)의 법선으로부터 경사진 방향으로 출사되는 빛의 편광 상태를 보상하기 때문에, 액정 표시 장치 (30)에서의 시각 의존성의 문제점을 효과적으로 개선할 수 있으며, 예를 들면 자외선 흡수 기능에 의해 내광성을 향상시킬 수 있고, 표시 품위가 우수하다.
또한, 본 발명에 따른 표시 장치의 실시 형태는 이것으로 한정되지 않으며, 상술한 본 발명에 따른 광학 기능 필름 (40)은 반사형의 액정 표시 장치에도 동일하게 조립하여 이용할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같은 다른 표시 장치의 광로에도 동일하게 조립하여 이용할 수 있다.
또한, 도 8에 도시한 액정 표시 장치 (30)에서는, 상술한 본 발명에 따른 광학 기능 필름 (40)을 액정셀 (104)와 출사측의 편광판 (102B) 사이에 배치하고 있지만, 광학 보상이나 겸비하는 기능의 양태에 따라 광학 기능 필름 (40)을 액정셀 (104)와 입사측의 편광판 (102A) 사이에 배치할 수도 있다. 또한, 광학 기능 필름 (40)을 액정셀 (104)의 양측(액정셀 (104)와 입사측의 편광판 (102A) 사이, 및 액정셀 (104)와 출사측의 편광판 (102B) 사이)에 배치할 수도 있다. 또한, 광학 기능 필름 (40)을 출사측의 편광판 (102B)의 외측(표면측)에 배치할 수도 있다. 또한, 액정셀 (104)와 입사측의 편광판 (102A) 사이, 또는 액정셀 (104)와 출사측의 편광판 (102B) 사이, 또는 출사측의 편광판 (102B)의 외측에 배치되는 필름은 1개로 한정되지 않으며, 복수개 배치될 수도 있다.
또한, 본 발명의 표시 장치의 제3 양태는, 상술한 본 발명에 따른 편광 필름을 광로에 배치한 것을 특징으로 한다. 이와 같이 함으로써, 그 이외에 광학 보상판을 설치할 필요가 없으며, 신뢰성이 높고 표시 품위가 우수한 표시 장치를 얻을 수 있다.
도 9는, 본 발명의 표시 장치 중, 액정 표시 장치의 일례를 나타내는 사면도이다. 도 9에 도시한 바와 같이, 본 발명의 액정 표시 장치 (50)은 입사측의 편광판 (102A)와, 출사측에 본 발명에 따른 편광 필름 (60)과, 액정셀 (104)를 갖는 것이다. 편광판 (102A)와 본 발명에 따른 편광 필름 (60)은, 소정의 진동 방향의 진동면을 갖는 직선 편광만을 선택적으로 투과시키도록 구성된 것이며, 각각의 진동 방향이 서로 직각의 관계가 되도록 크로스니콜 상태로 대향하여 배치되어 있다. 또한, 액정셀 (104)는 도 7과 동일한 것을 이용할 수 있으며, 편광판 (102A), 본 발명에 따른 편광 필름 (60)의 사이에 배치되어 있다.
상술한 구성을 포함하는 액정 표시 장치 (50)에 따르면, 액정 표시 장치 (50)의 액정셀 (104)와 출사측에, 상술한 본 발명에 따른 신뢰성이 높은 편광 필름 (60)을 배치하고, 액정셀 (104)로부터 출사된 빛 중 액정셀 (104)의 법선으로부터 경사진 방향으로 출사되는 빛의 편광 상태를 보상하기 때문에, 액정 표시 장치 (50)에서의 시각 의존성의 문제점을 효과적으로 개선할 수 있으며, 표시 품위가 우수하고, 신뢰성이 높다.
또한, 본 발명에 따른 표시 장치의 실시 형태는 이것으로 한정되지 않으며, 상술한 본 발명에 따른 편광 필름 (60)은 반사형의 액정 표시 장치에도 동일하게 조립하여 이용할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같은 다른 표시 장치의 광로에도 동일하게 조립하여 이용할 수 있다.
또한, 도 9에 도시한 액정 표시 장치 (50)에서는, 상술한 본 발명에 따른 편광 필름 (60)을 액정셀 (104)와 출사측에 배치하고 있지만, 광학 보상의 양태에 따라 액정셀 (104)의 입사측에 배치할 수도 있다. 또한, 본 발명에 따른 편광 필름 (60) 및 (60')를 액정셀 (104)의 양측에 배치할 수도 있다. 또한, 액정셀 (104)와 입사측의 편광판 (102A) 사이, 또는 액정셀 (104)와 출사측의 편광 필름 (60) 사이에 배치되는 별도의 위상차 필름이나 다른 광학 기능 필름을 배치할 수도 있다.
상기에서는, 액정 표시 장치만을 예시하여 설명했지만, 본 발명에 따른 상기 위상차 필름 및 편광 필름은 다른 표시 장치에도 이용하는 것이 가능하며, 예를 들면, 원편광판으로서 기능하는 본 발명에 따른 상기 위상차 필름, 또는 편광 필름을 광로에 배치한 유기 EL 표시 장치 등도 들 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기 실시 형태로 한정되지 않는다. 상기 실시 형태는 예시이며, 본 발명의 특허 청구의 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고, 동일한 작용 효과를 발휘하는 것은, 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
[도 1] 본 발명의 위상차 필름의 일례를 나타내는 모식적 단면도이다.
[도 2] 본 발명의 위상차 필름의 다른 예를 나타내는 모식적 단면도이다.
[도 3] 농도 구배의 분포를 모식적으로 나타내는 도면이다.
[도 4] 본 발명의 위상차 필름의 일례를 나타내는 모식적 단면도이다.
[도 5] 본 발명의 위상차 필름의 다른 예를 나타내는 모식적 단면도이다.
[도 6] 본 발명의 위상차 필름의 제조 방법의 일례를 나타내는 공정도이다.
[도 7] 본 발명의 위상차 필름을 구비한 액정 표시 장치의 일례를 나타내는 개략 분해 사시도이다.
[도 8] 본 발명의 광학 기능 필름을 구비한 액정 표시 장치의 일례를 나타내는 개략 분해 사시도이다.
[도 9] 본 발명의 편광 필름을 구비한 액정 표시 장치의 일례를 나타내는 개략 분해 사시도이다.
[도 10] 실시예 1의 위상차 필름의 단면을 나타내는 SEM 사진이다.
[도 11] 실시예 1의 위상차 필름의 단면을 나타내는 TEM 사진이다.
[도 12] 실시예 1의 위상차 필름의 TOF-SIMS 측정의 양의 2차 이온 스펙트럼 측정에 의한 농도 분포를 나타내는 도면이다.
[도 13] 실시예 1의 위상차 필름의 TOF-SIMS 측정의 음의 2차 이온 스펙트럼 측정에 의한 농도 분포를 나타내는 도면이다.
[도 14] 실시예 5에서의 도공량과 위상차의 관계를 나타내는 그래프이다.
[도 15] 실시예 6 및 실시예 7의 위상차 필름의 위상차 각도 의존성을 나타내는 도면이다.
[도 16] 실시예 9의 위상차 필름의 단면을 나타내는 SEM 사진이다.
[도 17] 종래의 액정 표시 장치를 나타내는 개략 분해 사시도이다.
<실시예>
이하, 본 발명에 대하여 실시예를 나타내어 구체적으로 설명한다.
(실시예 1)
굴절률 이방성 재료로서 광 중합성 액정 화합물(하기 화합물 (1))을 시클로헥사논에 20 질량％ 용해시키고, TAC 필름(후지 샤신 필름 가부시끼가이샤 제조, 상품명: TF80UL)을 포함하는 기재 필름 표면에 바 코팅에 의해, 건조 후의 도공량이 2.5 g/㎡가 되도록 도공하였다. 이어서, 90 ℃에서 4분간 가열하여 용제를 건조 제거함과 동시에, 이 광 중합성 액정 화합물을 상기 TAC 필름 내에 침투시켰다. 또한, 도공면에 자외선을 조사함으로써, 상기 광 중합성 액정 화합물을 고정화하여 위상차 필름을 제조하였다. 얻어진 위상차 필름을 샘플로서, 이하의 항목으로 평가하였다.
<화학식 1>
Figure pat00018
1. 광학 특성
샘플의 위상차를 자동 복굴절 측정 장치(오지 게이소꾸 기끼 가부시끼가이샤 제조, 상품명: KOBRA-21ADH)에 의해 측정하였다. 측정광을 샘플 표면에 대하여 수직으로 또는 비스듬히 입사하고, 그 광학 위상차와 측정광의 입사 각도의 차트로부터 기재 필름의 위상차를 증가시키는 이방성을 확인하였다. 또한, 동일한 측정 장치에 의해, 3차원 굴절률을 측정하였다. 그 결과, 기재 필름의 표면에 평행한 평면 방향의 굴절률을 nx, ny, 두께 방향의 굴절률을 nz로 하면, 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 nz<nx=ny가 성립하며, 음의 C 플레이트로 되어 있기 때문에, 상기한 위상차의 측정 결과를 종합하면, 액정 분자의 배향 방향은 기재 필름의 표면에 평행한 면내에 액정 분자가 존재하고, 상기 면내에서의 배향 방향이 불규칙한 호모지니어스 배향되어 있다고 생각된다.
Figure pat00019
2. SEM에 의한 단면 관찰
샘플의 액정 도공면에 포매(包埋) 수지를 도포하여 두께 방향으로 절단하고, 샘플의 단면을 SEM에 의해 관찰하였다. 결과를 도 10에 도시한다. 도 10으로부터 분명한 바와 같이, 필름 표면과 포매 수지 사이에 층은 존재하지 않으며, 상기한 위상차의 측정 결과를 종합하여, 고분자 필름 중에 액정 화합물이 침투했다고 판단하였다.
3. TEM에 의한 단면 관찰
샘플의 액정 도공면에 금속 산화물의 표면 보호를 행하고, 에폭시 수지 포매 후 크라이오 지지대에 접착하였다. 이어서 크라이오 시스템에 의해 다이아몬드 나이프가 장착된 초마이크로톰으로 트리밍/형상화하고, 금속 산화물에 의한 증기 염색을 실시하여, 초박 세그먼트 제조 후에 TEM 관찰을 행했다. 결과를 도 11에 나타낸다. 도 11로부터 분명한 바와 같이, 샘플의 굴절률 이방성 재료 침투측은 3층(위상차 강화 영역 중 고농도 영역, 위상차 강화 영역 중 중간 영역 및 기재 영역))으로 나누어져 있다는 것을 알 수 있었다.
4. 헤이즈
샘플의 투명성을 조사하기 위해, 탁도계(닛본 덴쇼꾸 고교 가부시끼가이샤 제조, 상품명: NDH2000)에 의해, JIS-K7105에 준거하여 헤이즈값을 측정하였다. 그 결과, 0.35 ％로 양호하였다.
5. 밀착성 시험
밀착성을 조사하기 위해 박리 시험을 행하였다. 박리 시험으로서는, 얻어진 샘플에 1 ㎜의 폭으로 잘라낸 조각을 격자상으로 넣고, 접착 테이프(니치반 가부시끼가이샤 제조, 셀로판 테이프(등록 상표))를 액정면에 접착하며, 그 후 테이프를 박리하여 육안에 의해 관찰하였다. 그 결과, 밀착도는 100 ％였다.
<수학식 1>
밀착도(％)=(박리되지 않은 부분/테이프를 접착한 영역)×100
6. 내습열 시험-1
샘플을 90 ℃의 열수에 60분간 침지하고, 상술한 방법에 의해 광학 특성 및 밀착성을 측정하였다. 그 결과, 시험 전후에 광학 특성 및 밀착성의 변동은 관찰되지 않았다.
7. 내습열 시험-2
샘플을 80 ℃, 습도 95 ％의 환경하에 24 시간 동안 정치하고, 상술한 방법에 의해 광학 특성 및 밀착성을 측정하였다. 그 결과, 시험 전후에 광학 특성 및 밀착성의 변동은 관찰되지 않았다. 또한, 시험 후에 굴절률 이방성 재료의 삼출 및 백탁도 관찰되지 않았다.
8. 내수 시험
샘플을 실온(23.5 ℃)하에 순수에 1일 동안 침지하고, 상술한 방법에 의해 광학 특성 및 밀착성을 측정하였다. 그 결과, 시험 전후애 광학 특성 및 밀착성의 변동은 관찰되지 않았다.
9. 내알칼리성 시험
샘플을 55 ℃하에 알칼리 수용액(1.5 N의 수산화나트륨 수용액)에 3분간 침지하고, 수세 및 건조하여 상술한 방법에 의해 광학 특성 및 밀착성을 측정하였다. 그 결과, 시험 전후에 광학 특성 및 밀착성의 변동은 관찰되지 않았다. 또한, 착색도 관찰되지 않았다.
10. 두께 방향의 재료 농도 분포 측정
GSP(정밀 경사 절삭법)에 의해 위상차 필름을 절단하여 두께 방향의 단면이 나오도록 하고, 비행 시간형 2차 이온 질량 분석계(TOF-SIMS)(장치: Physical Electronics사 제조 TFS-2000)를 이용하여, 절삭면에서의 두께 방향의 재료의 농도 분포를 측정하였다. 측정 조건은, 2차 이온 극성을 양 및 음, 질량 범위(M/Z)를 0 내지 1000, 래스터 크기를 180 ㎛□, 측정 시간을 3분, 에너지 필터 없음, 콘트라스트 다이어프램을 0#, 후단 가속을 5 kV, 측정 진공도는 4×10-7 Pa(3×10-9 Torr, 1차 이온종을 Ga+, 1차 이온 에너지를 25 kV, 시료 전위를 +3.2 kV, 펄스 주파수를 8.3 kHz, 펄스 폭을 12 ns, 번칭 없음, 대전 중화 있음, 시간 분해능을 1.1 ns/ch로 하였다.
측정 결과로서, 양의 2차 이온 스펙트럼에서, 굴절률 이방성 재료의 도공면에서 강하게 측정된 27, 55, 104, 121, 275 amu를 굴절률 이방성 재료에서 유래하는 피크로 하고, 도공하지 않은 이면에서 강하게 측정된 15, 43, 327 amu를 TAC 필름에서 유래하는 피크로 하여, 이들 피크 강도의 각각의 합을 총 2차 이온 강도로 규격화한 값을 종축으로, 굴절률 이방성 재료의 도공면을 0으로서 두께 방향을 횡축으로 한 프로파일을 도 12에 도시한다. 단, 27, 55 amu는 TAC 필름으로부터도 관측되었기 때문에, 굴절률 이방성 재료에서 유래하는 피크로 한 양의 2차 이온에는 TAC 필름의 기여도 일부 포함된다.
또한, 마찬가지로 음의 2차 이온 스펙트럼에서, 굴절률 이방성 재료의 도공면에서 강하게 측정된 13, 26, 118, 217 amu를 굴절률 이방성 재료에서 유래하는 피크로 하고, 도공하지 않은 이면에서 강하게 측정된 16, 59 amu를 TAC 필름에서 유래하는 피크로 하여, 이들 피크 강도의 각각의 합을 총 2차 이온 강도로 규격화한 값을 종축으로, 굴절률 이방성 재료의 도공면을 0으로서 두께 방향을 횡축으로 한 프로파일을 도 13에 도시한다. 단, 13 amu는 TAC 필름으로부터도 관측되었기 때문에, 굴절률 이방성 재료에서 유래하는 피크로 한 음의 2차 이온에는 TAC 필름의 기여도 일부 포함된다.
양의 2차 이온 스펙트럼 및 음의 2차 이온 스펙트럼의 두께 방향의 프로파일의 결과에서, 모두 도공면으로부터 1.5 ㎛ 부근까지는 굴절률 이방성 재료의 농도가 비교적 높고, 농도 구배가 완만한 영역이며, 1.5 ㎛ 부근 내지 3 ㎛ 부근에 굴절률 이방성 재료의 농도가 감쇠되어 농도 구배가 급한 영역이 존재하고, 3 ㎛ 부근으로부터 굴절률 이방성 재료가 거의 포함되지 않는 기재 영역이 존재한다는 것이 분명해졌다. 이것은, 굴절률 이방성 재료 침투측이 3층(위상차 강화 영역 중 고농도 영역, 위상차 강화 영역 중 중간 영역, 및 기재 영역)으로 나누어져 있다는 것이 관측된 TEM에 의한 단면 관찰의 결과와 일치한다.
(실시예 2)
실시예 1에서 용매를 시클로헥사논과 메틸에틸케톤(MEK)의 혼합 용매(용매비 7:1)로 한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 위상차 필름을 제조하였다. 얻어진 위상차 필름을 실시예 1과 동일하게 광학 특성, 밀착성, 내습열 시험 및 내수 시험을 행한 결과, 실시예 1과 동일한 결과가 얻어졌다.
(실시예 3)
실시예 1에서 용매를 시클로헥사논과 MEK의 혼합 용매(용매비 7:1)로 하고, 도포 방법을 다이 코팅으로 한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 위상차 필름을 제조하였다. 얻어진 위상차 필름을 실시예 1과 동일하게 평가하였다. 그 결과, 실시예 1과 동일한 결과가 얻어졌다.
(실시예 4)
실시예 1에 의해 얻어진 위상차 필름의 위상차 강화 영역 표면 및 기재 영역 표면의 접촉각을 측정하였다. 구체적으로는, 접촉각 측정기(교와 가이멘 가가꾸 가부시끼가이샤 제조, CA-Z형)에 의해 위상차 강화 영역 표면 및 기재 영역 표면(TAC면)의 순수에 대한 접촉각을 측정하였다. 접촉각은, 측정면에 0.1 ㎖의 순수를 적하 30초 후에 측정하였다. 그 결과, 위상차 강화 영역 표면이 62.6°, 기재 영역 표면이 57.3°이며, 위상차 강화 영역 표면이 높은 값이 되어 있고, 위상차 강화 영역이 아닌 표면이 친수성을 갖는다는 결과가 얻어졌다.
(실시예 5)
실시예 1에서 건조 후의 도공량을 2.0, 2.6, 3.2, 3.8 g/㎡로 변경하여 샘플을 제조하고, 동일한 평가를 행하였다. 그 결과, 동일한 결과가 얻어졌다. 또한, 도공량과 위상차(법선 방향에 대하여 30°의 각도에서 측정한 리타데이션값: 30° Re)에는 도 14에 도시한 바와 같이 직선적인 관계가 관찰되었으며, 도포량으로 위상차를 제어할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
(실시예 6)
굴절률 이방성 재료로서 광 중합성 액정 화합물(하기 화합물 (1))을, 시클로헥사논과 n-프로필알코올의 혼합 용매(용매비 9:1)에 20 질량％ 용해시키고, TAC 필름(후지 샤신 필름 가부시끼가이샤 제조, 상품명: TF80UL)을 포함하는 기재 필름 표면에 바 코팅에 의해, 건조 후의 도공량이 한쪽 면이 1 g/㎡가 되도록 양면에 도공하였다. 이어서, 70 ℃에서 4분간 가열하여 용제를 건조 제거함과 동시에, 상기 광 중합성 액정 화합물을 상기 TAC 필름 내에 침투시켰다. 또한, 도공면에 자외선을 조사함으로써, 상기 광 중합성 액정 화합물을 고정화하였다.
샘플의 위상차를 자동 복굴절 측정 장치(오지 게이소꾸 기끼 가부시끼가이샤 제조, 상품명: KOBRA-21ADH)에 의해 측정하였다. 측정광을 샘플 표면에 대하여 수직으로 또는 비스듬히 입사하고, 그 광학 위상차와 측정광의 입사 각도의 차트로부터 기재 필름의 위상차를 증가시키는 이방성을 확인하였다. 도 15에 위상차 각도 의존성에 대하여 나타낸다.
또한, 실시예 1과 동일하게 헤이즈값을 측정한 바, 0.7 ％였다.
(실시예 7)
건조 후의 도공량이 한쪽 면이 3 g/㎡가 되도록 기재 필름의 한쪽 면에 도공한 것 이외에는, 실시예 6과 동일하게 하여 위상차 필름을 제조하였다.
샘플의 위상차를 자동 복굴절 측정 장치(오지 게이소꾸 기끼 가부시끼가이샤 제조, 상품명: KOBRA-21ADH)에 의해 측정하였다. 도 15에 통합하여 위상차 각도 의존성에 대하여 나타낸다.
또한, 실시예 1과 동일하게 헤이즈값을 측정한 바, 0.5 ％였다.
실시예 6과 실시예 7을 비교하면 도 15에 도시된 바와 같이, 동일한 정도의 위상차를 얻는 경우, 양면에 도공하여 양면에 위상차 강화 영역을 설치하는 것이, 한쪽 면에만 도공하여 한쪽 면에만 위상차 강화 영역을 설치하는 것보다, 굴절률 이방성 재료의 총 도공량을 적게 할 수 있는 이점이 있다는 것을 알 수 있었다.
(실시예 8)
굴절률 이방성 재료로서 실시예 1과 동일한 광 중합성 액정 화합물(상기 화합물 (1))을 시클로헥사논에 20 질량％ 용해시키고, 폭 650 ㎜, 길이 30 m의 장척상 TAC 필름(후지 샤신 필름 가부시끼가이샤 제조, 상품명: TF80UL)을 포함하는 기재 필름 표면에, 각 건조 후의 도공량이 3 g/㎡가 되도록 도공하였다. 이어서, 90 ℃에서 4분간 가열하여 용제를 건조 제거함과 동시에, 상기 광 중합성 액정 화합물을 상기 TAC 필름 내에 침투시켰다. 또한, 도공면에 자외선을 조사함으로써, 상기 광 중합성 액정 화합물을 고정화하여 본 발명에 따른 위상차 필름을 제조하였다. 3 m로 절단한 장척상 위상차 필름을 최소 직경이 31 ㎜가 되도록 롤상으로 권취한 형태로 하여, 23 ℃에서 1개월간 보존하였다. 그 결과, 위상차 필름의 표면은 보존 전후에 변동이 관찰되지 않았으며, 균열의 발생이 없었고, 권취한 필름간에서의 접합도 없었다.
(실시예 9)
굴절률 이방성 재료로서 광 중합성 액정 화합물(상기 화합물 (1))을 시클로헥사논에 20 질량％ 용해시키고, 1축 연신 COP(시클로올레핀 중합체) 필름(JSR 가부시끼가이샤 제조, 상품명: ARTON)에 바 코팅에 의해 도공량이 3 g/㎡가 되도록 도공하였다. 이어서, 50 ℃에서 2분간 가열하여 용제를 제거하였다. 또한, 도공면에 자외선을 조사함으로써, 상기 광 중합성 액정 화합물을 고정화하고, 90 ℃에서 2분간 가열함으로써 잔류 용매를 제거하여 위상차 필름을 제조하였다. 얻어진 위상차 필름을 샘플로서, 이하의 항목으로 평가하였다.
1. 광학 특성
샘플의 위상차를 자동 복굴절 측정 장치(오지 게이소꾸 기끼 가부시끼가이샤 제조, 상품명: KOBRA-21ADH)에 의해 측정하였다. 측정광을 샘플 표면에 대하여 수직으로 또는 비스듬히 입사하고, 그 광학 위상차와 측정광의 입사 각도의 차트로부터 기재 필름의 위상차를 증가시키는 이방성을 확인하였다. 또한, 동일한 측정 장치에 의해, 3차원 굴절률을 측정하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.
Figure pat00020
2. SEM에 의한 단면 관찰
샘플의 단면을 SEM에 의해 관찰한 결과를 도 16에 나타낸다. 도 16으로부터 분명한 바와 같이, 샘플 중에 위상차 강화 영역과 고분자 필름의 경계는 존재하지 않으며, 상기한 위상차의 측정 결과를 종합하여, 고분자 필름 중에 액정 화합물이 침투되었다고 판단하였다.
3. 헤이즈
샘플의 투명성을 조사하기 위해, 실시예 1과 동일한 방법에 의해 헤이즈값을 측정하였다. 그 결과, 0.3 ％ 이하로 양호하였다.
4. 밀착성 시험
밀착성을 조사하기 위해, 실시예 1과 동일한 방법에 의해 박리 시험을 행하였다. 그 결과, 밀착도는 100 ％였다.
5. 내습열 시험
실시예 1에서의 내습열 시험-1과 동일한 방법에 의해, 내습열 시험을 행하였다. 그 결과, 시험 전후에 광학 특성 및 밀착성의 변동은 관찰되지 않았다.
6. 내수 시험
실시예 1과 동일한 방법에 의해 내수 시험을 행하였다. 그 결과, 시험 전후에 광학 특성 및 밀착성의 변동은 관찰되지 않았다.
(실시예 10)
미연신 COP 필름(JSR 가부시끼가이샤 제조, 상품명: ARTON)에 실시예 9와 동일한 방법에 의해, 위상차 필름을 제조하였다. 실시예 9와 동일한 평가를 행한 결과, 광학 특성(3차원 굴절률)이 표 3에 나타낸 결과가 된 것 이외에는, 실시예 9와 동일한 결과가 얻어졌다.
Figure pat00021
<산업상 이용 가능성>
본 발명의 위상차 필름은, 예를 들면 광학 보상판(예를 들면, 시각 보상판), 타원 편광판 및 휘도 향상판 등의 광학적 기능 필름의 용도에 이용할 수 있다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>
1ㆍㆍㆍ고분자 필름
2ㆍㆍㆍ위상차 강화 영역
3ㆍㆍㆍ표면측
4ㆍㆍㆍ반대측의 표면측
5ㆍㆍㆍ기재 영역
6ㆍㆍㆍ위상차 강화 영역 형성용 도공액
7ㆍㆍㆍ자외선
8ㆍㆍㆍ위상차 필름
9ㆍㆍㆍ중간 영역
10ㆍㆍㆍ위상차 필름
20, 30, 50ㆍㆍㆍ액정 표시 장치
40ㆍㆍㆍ광학 기능 필름
60ㆍㆍㆍ편광 필름

Claims (28)

  1. 고분자 필름 내에 굴절률 이방성을 갖는 재료가 함유되어 이루어지는 위상차 필름이며, 상기 굴절률 이방성을 갖는 재료가, 상기 고분자 필름의 두께 방향에 농도 구배를 갖고,
    상기 굴절률 이방성을 갖는 재료가 함유되어 있지 않은 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 위상차 필름.
  2. 고분자 필름 내에 굴절률 이방성을 갖는 재료가 침투되어 이루어지며,
    상기 굴절률 이방성을 갖는 재료가 함유되어 있지 않은 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 위상차 필름.
  3. 고분자 필름 내에 굴절률 이방성을 갖는 재료가 함유되어 이루어지는 위상차 필름이며, 상기 굴절률 이방성을 갖는 재료가, 상기 고분자 필름의 두께 방향에 농도 구배를 갖고 있고, 해당 농도 구배가 연속적으로 변화되며,
    상기 굴절률 이방성을 갖는 재료가 함유되어 있지 않은 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 위상차 필름.
  4. 고분자 필름 내에 굴절률 이방성을 갖는 재료가 침투되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 위상차 필름.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고분자 필름이 굴절률에 규칙성을 갖는 것을 특징으로 하는 위상차 필름.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 굴절률 이방성을 갖는 재료가 액정성을 갖는 재료인 것을 특징으로 하는 위상차 필름.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 굴절률 이방성을 갖는 재료의 분자 구조가 막대 형상인 것을 특징으로 하는 위상차 필름.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 굴절률 이방성을 갖는 재료가 중합성 관능기를 갖는 것임을 특징으로 하는 위상차 필름.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 굴절률 이방성을 갖는 재료가 중합성 관능기를 갖는 것과 중합성 관능기를 갖지 않는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 위상차 필름.
  10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 굴절률 이방성을 갖는 재료의 상기 고분자 필름의 두께 방향의 농도 구배가 상기 고분자 필름의 한쪽 표면측이 고농도이고 다른쪽 표면측을 향해 저농도가 되는 농도 구배인 것을 특징으로 하는 위상차 필름.
  11. 제10항에 있어서, 상기 위상차 필름의 순수에 대한 접촉각이 한쪽 표면과 다른쪽 표면에서 상이한 것을 특징으로 하는 위상차 필름.
  12. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 굴절률 이방성을 갖는 재료의 상기 고분자 필름의 두께 방향의 농도 구배가 상기 고분자 필름의 양쪽 표면측이 고농도이고, 중앙부를 향해 저농도가 되는 농도 구배인 것을 특징으로 하는 위상차 필름.
  13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 굴절률 이방성을 갖는 재료의 농도 구배가 완만한 영역과, 상기 굴절률 이방성을 갖는 재료의 농도 구배가 급한 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 위상차 필름.
  14. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필름의 면내 방향에서의 지상축 방향의 굴절률을 nx, 필름 면내 방향에서의 진상축 방향의 굴절률을 ny, 필름의 두께 방향의 굴절률을 nz 및 두께를 d로 하고, Rth[㎚]={(nx+ny)/2-nz}×d로 표시되는 Rth를 두께 방향 리타데이션이라고 했을 때, 상기 두께 방향 리타데이션이 70 내지 300 ㎚인 것을 특징으로 하는 위상차 필름.
  15. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, JIS-K7105에 준거하여 측정했을 때의 헤이즈값이 1 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 위상차 필름.
  16. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 위상차 필름의 가시광 영역에서의 리타데이션값이 장파장측보다 단파장측이 큰 것을 특징으로 하는 위상차 필름.
  17. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 위상차 필름의 가시광 영역에서의 리타데이션값이 단파장측보다 장파장측이 큰 것을 특징으로 하는 위상차 필름.
  18. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 위상차 필름의 파장 550 ㎚에서 측정한 두께 방향 리타데이션(Rth)의 필름면 방향에서의 변동이 Rth의 평균값을 기준으로서 ±5 ㎚의 범위 내인 것을 특징으로 하는 위상차 필름.
  19. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 최소 직경이 6인치 이하인 롤상으로 권취하는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 위상차 필름.
  20. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 단층의 위상차 필름 2매 이상을 서로 접합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 위상차 필름.
  21. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 위상차 필름을 위상차 필름 이외의 광학 기능층과 직접 접합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 기능 필름.
  22. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 위상차 필름을 편광층과 직접 접합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 편광 필름.
  23. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 위상차 필름을 광로에 배치한 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  24. 제21항에 기재된 광학 기능 필름을 광로에 배치한 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  25. 제22항에 기재된 편광 필름을 광로에 배치한 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  26. 고분자 필름의 적어도 한쪽 표면에, 굴절률 이방성을 갖는 재료가 용매에 용해 또는 분산되어 이루어지는 위상차 강화 영역 형성용 도공액을 도포하는 도포 공정과, 상기 도포 공정에 의해 도포된 상기 위상차 강화 영역 형성용 도공액 중의 상기 굴절률 이방성을 갖는 재료를 상기 고분자 필름에 침투시키는 침투 공정과, 상기 도포 공정에 의해 도포된 상기 위상차 강화 영역 형성용 도공액 중의 상기 용매를 건조시키는 건조 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 위상차 필름의 제조 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 침투 공정이 상기 건조 공정 중에 행해지는 것을 특징으로 하는 위상차 필름의 제조 방법.
  28. 제26항 또는 제27항에 있어서, 상기 건조 공정 후에, 상기 고분자 필름 내에 침투한 상기 굴절률 이방성 재료를 고정화하는 고정화 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 위상차 필름의 제조 방법.
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