KR20110033183A - 타원 편광판 및 이를 이용한 수직 배향형 액정 표시 장치 - Google Patents

타원 편광판 및 이를 이용한 수직 배향형 액정 표시 장치 Download PDF

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KR20110033183A
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데츠야 우에사카
사토루 이케다
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제이엑스 닛코닛세키에너지주식회사
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Abstract

본 발명은, 시야각 특성이 우수한 타원 편광자를 제공한다. 타원 편광판은 적어도, 차례로 적층된, 제 1 편광 제 1 광학 이방성 층, 제 2 광학 이방성 층 및 제 3 광학 이방성 층을 포함하고, 제 1 광학 이방성 층이 [1] 50 ≤ Re1 ≤ 500, [2] 30 ≤ Rth1 ≤ 750, 및 [3] 0.6 ≤ Rth1/Re1 ≤ 1.5을 만족하고, 제 2 광학 이방성 층이 [4] 0 ≤ Re2 ≤ 20 및 [5] -500 ≤ Rth2 ≤ -30을 만족하며, 제 3 광학 교차 방성 층이 [6] 100 ≤ Re3 ≤ 180, [7] 50 ≤ Rth3 ≤ 600, 및 [8] 0.5 ≤ Rth3/Re3 ≤ 3.5을 충족하고, 여기서 Re는 각 광학 이방성 층의 면 내 위상차 값을 나타내고, Rth는 각 광학 이방성 층의 두께 방향의 위상차 값을 의미한다.

Description

타원 편광판 및 이를 이용한 수직 배향형 액정 표시 장치{ELLIPTICAL LIGHT POLARIZING PLATE AND VERTICALLY ORIENTED LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 시야각 특성이 우수한 타원 편광자 및 액정 표시 장치와 관련된 것으로서, 특히 전압이 사용되지 않을 때 액정 분자가 기판에 대해 수직으로 배향하는 수직 배향형 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치의 디스플레이 방식에 대한 하나의 예로서, 초기 조건에서 액정 셀의 액정 분자가 그 기판에 수직으로 배열하는 수직 배향 방식이 있다. 전압이 사용되지 않을 때, 액정 분자는 기판에 대해 수직으로 배열한다. 따라서, 액정 셀의 양쪽에 직선 편광을 서로 평행하게 배치하면 흑색 화상이 얻어진다.
액정 셀의 광학적 특성은 면 내 방향에서 등방성이고, 따라서 이상적인 시야각 보상을 쉽게 얻게 된다. 액정 셀의 두께 방향으로 양의 단축 광학 이방성을 보상하기 위해, 두께 방향에 음의 단축 광학 이방성을 갖는 광학 소자를 액정 셀의 단면 또는 양면 사이 및 직선 편광자 사이에 삽입하면, 매우 훌륭한 흑색 화상 시각 특성을 얻게 된다.
전압이 사용될 때, 액정 분자가 기판 표면에 수직 방향에서 기판 표면에 평행한 방향으로 향해 배향이 변화된다. 이때, 액정 분자를 균일하게 배열하는 것이 어렵다. 통상적인 배향 처리, 즉 러빙 처리를 이용하면, 표시 품질이 현저하게 떨어진다.
전압이 사용될 때, 액정 분자의 배열을 균일하게 하기 위해, 기판의 전극 모양을 변형하여, 액정 층에 대각선 전계가 발생하도록 하는 방법이 있었다. 이 방법에 의하면, 균일한 액정 분자 배열을 얻을 수 있지만, 미시적으로 보이는 경우 균일하지 않은 배향 공간이 생기고 전압이 사용될 때 공간이 어두운 영역이 된다. 따라서, 액정 표시 장치의 투과율이 저하된다.
아래의 특허 문헌 1에 따르면 무작위 배향 액정 층을 갖는 액정 소자의 양쪽에 배치된 직선 편광자로 원형 편광자를 대체하도록 제안되었다. 직선 편광자 대신 직선 편광자와 1/4 파장 판과의 결합을 각각 포함하는 원형 편광자로 대체하여 사용하는 것은, 전압이 사용될 때 어두운 영역을 해소시킬 수 있고, 높은 투과율을 갖는 액정 표시 장치를 생산할 수 있다. 그러나 원 편광자를 이용한 수직 배향형 액정 표시 장치는 직선 편광자를 이용한 수직 배향형 액정 표시 장치에 비해 시야각 특성이 좁다는 문제가 있다. 아래 특허 문헌 2에 의하면, 원 편광자를 이용한 수직 배향형 액정 표시 장치의 시야각을 보상하기 위해, 음의 단축의 이방성을 갖는 광학 이방 소자 또는 이축 광학 이방성 재료를 사용하도록 제시한다. 그러나 음의 단축 이방성을 갖는 광학 이방 소자는 액정 셀의 두께 방향으로 양의 단축 광학 이방성을 보상할 수 있으나, 1/4 파장판의 시야각 특성을 보상할 수 없기 때문에, 충분히 한 시야각 특성을 얻을 수 없게 된다. 또한, 이축 광학 이방성 재료를 제조하는 경우, 얻을 수 있는 위상차 판의 면 내 주요 굴절률을 nx 및 ny으로 하고, 두께 방향의 굴절률을 nz으로 하며, nx > ny일 때, Nz =(nx - nz) /(nx - ny)로 정의되는 Nz는 -1.0 <Nz <1.0이다. 따라서 두께 방향의 연신에는 한계가 있으므로, 두께 방향의 위상차를 광범위하게 제어할 수 없다. 또한 상기 제조 방법에서 열 수축 필름의 열 수축성을 사용하여 긴 필름을 두께 방향으로 연신시키기 있기 때문에, 얻을 수 있는 위상차 판은 원래의 긴 필름보다 더 두꺼워진다. 상기 제조 방법으로 얻은 위상차 판의 두께는 50 내지 100μm이며, 액정 표시 장치 등에 요구되는 낮은 프로파일에 충분하지 않았다.
특허 문헌 3과 4에 의하면, 원 편광자를 이용한 수직 배향형 액정 표시 장치의 시야각을 보상을 위한, 액정 셀 보상으로 음의 단축 광학 이방성을 갖는 광학 이방 소자, 1/4 파장판의 시야각 보상을 위한 두께 방향의 굴절률이 큰 보상 층, 및 편광 보상 필름과 같은 세 가지 종류를 조합한 구조가 제안된다. 그러나 이들 3 종류의 필름을 표시 장치의 양쪽에 배열하면, 총 6 장의 필름을 사용하고, 나아가는 원 편광자 기능을 부여하기 위해 λ/4 판을 양쪽에 사용하기 때문에, 상기 8장의 필름을 사용하게 된다. 따라서 이는 크게 시야각을 개선하지만, 가격과 두께 면에서 실용적이라고 할 수 없다.
선행기술(특허 문헌)
특허 문헌 1: 일본 특허 출원 공개공보 No. 2002-40428
특허 문헌 2: 일본 특허 출원 공개공보 No. 2003-207782
특허 문헌 3: 일본 특허 출원 공개 공보 No. 2002-55342
특허 문헌 4: 일본 특허 출원 공개 공보 No. 2006-85203
본 발명의 목적은 값싸고 시야각 특성이 뛰어난, 수직 배향형 액정 표시 장치에 대한 타원 편광자과 수직 배향형 액정 표시 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 열심히 검토를 거듭한 결과, 다음과 같은 타원 편광자과 그것을 이용한 수직 배향형 액정 표시 장치가 상기 목적을 달성할 수 있음을 발견한 바, 본 발명을 완성하게 이르렀다.
즉, 본 발명은 다음과 같다.
[1] 적어도, 제 1 편광, 제 1 광학 이방성 층, 제 2 광학 이방성 층 및 제 3 광학 이방성 층을 차례로 포함하는 타원 편광자으로서,
상기 제 1 광학 이방성 층이 다음의 조건(1) 내지 (3)을 충족시키고:
(1) 50 ≤ Re1 ≤ 500
(2) 30 ≤ Rth1 ≤ 750
(3) 0.6 ≤ Rth1/Re1 ≤ 1.5
여기서 Re1 및 Rth1은 각각 제 1 광학 이방성 층의 면 내 및 두께 방향의 위상차 값을 의미하며, 각각은 Re1 =(nx1 - ny1) × d1 [nm] 및 Rth1 = {(nx1 + ny1) / 2 - nz1} × d1 [nm]으로 정의되고, 여기서 d1은 제 1 광학 이방성 층의 두께, nx1과 ny1은 파장 550nm의 빛에 대한 제 1의 광학 이방성 층의 면 내 주요 굴절률, nz1는 파장 550nm의 빛에 대한 두께 방향의 주요 굴절률을 의미하는 것이고, nx1> ny1> nz1 이며;
상기 제 2 광학 이방성 층이 다음 조건(4) 및 (5)을 충족시키고
(4) 0 ≤ Re2 ≤ 20
(5) -500 ≤ Rth2 ≤ -30
여기서 Re2 및 Rth2는 각각 제 2 광학 이방성 층 면 내 및 두께 방향의 위상차 값을 의미하며, 각각 Re2 =(nx2 - ny2) × d2 [nm] 및 Rth2 = {(nx2 + ny2) / 2 - nz2} × d2 [nm]으로 정의되고, 여기서 d2는 제 2 광학 이방성 층의 두께, nx2과 ny2는 파장 550nm의 빛에 대한 제 2 광학 이방성 층의 면 내 주요 굴절률, nz2는 파장 550nm의 빛에 대한 두께 방향의 주요 굴절률을 의미하는 것이고, nz2> nx2 ≥ ny2 이며; 및
상기 제 3 광학 이방성 층이 다음 조건(6) 내지 (8)을 만족시키는 것을 특징으로 하는 타원 편광자.
(6) 100 ≤ Re3 ≤ 180
(7) 50 ≤ Rth3 ≤ 600
(8) 0.5 ≤ Rth3/Re3 ≤ 3.5
여기서 Re3 및 Rth3은 각각 제 3 광학 이방성 층 면 내 및 두께 방향의 위상차 값을 의미하고, 각각 Re3 =(nx3 - ny3) × d3 [nm] 및 Rth3 = {(nx3 + ny3) / 2 - nz3} × d3 [nm]으로 정의되며, 여기서 d3는 제 3 광학 이방성 층의 두께, nx3과 ny3는 파장 550nm의 빛에 대한 제 3 광학 이방성 층 면 내 주요 굴절률, nz3는 파장 550nm의 빛에 대한 두께 방향의 주요 굴절률을 의미하는 것이고 nx3> ny3 ≥ nz3 이다.
[2] 상기 [1]에 있어서, 상기 제 2 광학 이방성 층이 양의 단축성(uniaxiality)을 나타내는 액정성 조성물을 액정 상태에서 호메오트로픽 배향시키는 동안, 배향 및 고정화하여 제조된 호메오트로픽 배향 액정 필름을 포함하는 타원 편광자.
[3] 상기 [2]에 있어서, 양의 단축성을 나타내는 액정성 조성물이 옥세타닐기를 갖는 측쇄 액정 고분자를 포함하는 타원 편광자.
[4] 상기 [1]에 있어서, 제 1 및 제 3 광학 이방성 층이 폴리카보네이트 또는 고리형 폴리올레핀을 포함하는, 타원 편광자.
[5] 상기 [1] 내지 [4] 중 어느 하나에 있어서, 제 3 광학 이방성 층이 다음 조건(12)을 더욱 만족시키는, 타원 편광자.
(12) 0.7 ≤ Re3(450)/Re3(590) ≤ 1.05
여기서 Re3(450) 및 Re3(590)는 파장 450nm 및 590nm의 빛의 제 3 광학 이방성 층의 면 내 위상차 값을 의미한다.
[6] 상기 [1] 내지 [5] 중 어느 하나에 있어서, 제 1 편광자의 흡수 축과 제 1 광학 이방성 층의 느린 축이 이루는 각도를 "r"이라 정의할 때, 제 1편광자 및 제 1 광학 이방성 층이 80°≤ r ≤ 100°를 만족시키도록 적층되어 있는 타원 편광자.
[7] [1] 내지 [6] 중 어느 하나에 있어서, 제 1 편광의 흡수 축과 제 3 광학 이방성 층의 느린 축이 이루는 각을 "p"로 정의할 때, p가 40°≤ p ≤ 50°를 충족시키는, 타원 편광자.
[8] 상기 [1] 내지 [7] 중 어느 하나에 있어서, 제 1 광학 이방성 층이 제 1 편광 보호층으로도 작용하는, 타원 편광자.
[9] 적어도 제 1 편광, 제 1 광학 이방성 층, 제 2 광학 이방성 층, 제 3 광학 이방성 층, 각각 전극을 갖춘 한 쌍의 기판 및 이들 사이에 배치된, 전압이 없을 때 기판에 수직으로 배향되는 액정 분자를 포함하는 수직 배향 액정 셀, 제 4 광학 이방성 층, 및 제 2 편광이 차례로 배치된 수직 배향형 액정 표시 장치이고,
상기 제 1 광학 이방성 층이 다음 조건(1) 내지 (3)을 만족시키고:
(1) 50 ≤ Re1 ≤ 500
(2) 30 ≤ Rth1 ≤ 750
(3) 0.6 ≤ Rth1/Re1 ≤ 1.5
여기서 Re1 및 Rth1은 각각 제 1 광학 이방성 층의 면 내 및 두께 방향의 위상차 값을 의미하며, 각각 Re1 =(nx1 - ny1) × d1 [nm] 및 Rth1 = {(nx1 + ny1) / 2 - nz1} × d1 [nm]으로 정의되고, 여기서 d1은 제 1 광학 이방성 층 두께, nx1 및 ny1는 파장 550nm의 빛에 대한 제 1 광학 이방성 층의 면 내 주요 굴절률, nz1는 파장 550nm의 빛에 대한 두께 방향의 주요 굴절률을 의미하는 것이고, nx1> ny1> nz1이며;
상기 제 2 광학 이방성 층이 다음 조건(4) 및 (5)을 만족시키고:
(4) 0 ≤ Re2 ≤ 20
(5) -500 ≤ Rth2 ≤ -30
여기서 Re2 및 Rth2는 각각 제 2 광학 이방성 층의 면 내 및 두께 방향의 위상차 값을 의미하며, 각각 Re2 =(nx2 - ny2) × d2 [nm] 및 Rth2 = {(nx2 + ny2) / 2 - nz2} × d2 [nm]으로 정의되고, 여기서 d2는 제 2 광학 이방성 층 두께, nx2과 ny2는 파장 550nm의 빛에 대한 제 2 광학 이방성 층 면 내 주요 굴절률, nz2는 파장 550nm의 빛에 대한 두께 방향의 주요 굴절률을 의미하는 것이며, nz2> nx2 ≥ ny이고;
상기 제 3 광학 이방성 층이 다음 조건(6) 내지 (8)을 만족시키고
(6) 100 ≤ Re3 ≤ 180
(7) 50 ≤ Rth3 ≤ 600
(8) 0.5 ≤ Rth3/Re3 ≤ 3.5
여기서 Re3 및 Rth3은 각각 제 3 광학 이방성 층의 면 내 및 두께 방향의 위상차 값을 의미하며, 각각 Re3 =(nx3 - ny3) × d3 [nm] 및 Rth3 = {(nx3 + ny3) / 2 - nz3} × d3 [nm]으로 정의되고, 여기서 d3는 제 3 광학 이방성 층 두께, nx3과 ny3는 파장 550nm의 빛에 대한 제 3 광학 이방성 층 면 내 주요 굴절률, nz3는 파장 550nm의 빛에 대한 두께 방향의 주요 굴절률을 의미하는 것이며, nx3> ny3 ≥ nz3이고;
상기 제 4 광학 이방성 층이 다음 조건(9) 내지 (11)을 만족시키는, 수직 배향형 액정 표시 장치.
(9) 100 ≤ Re4 ≤ 180
(10) 50 ≤ Rth4 ≤ 600
(11) 0.5 ≤ Rth4/Re4 ≤ 3.5
여기서 Re4 및 Rth4는 가각 제 4 광학 이방성 층의 면 내 및 두께 방향의 위상차 값을 의미하며, 각각 Re4 =(nx4 - ny4) × d4 [nm] 및 Rth4 = {(nx4 + ny4) / 2 - nz4} × d4 [nm]이고, 여기서 d4는 제 4 광학 이방성 층 두께, nx4과 ny4는 파장 550nm의 빛에 대한 제 4 광학 이방성 층 면 내 주요 굴절률, nz4는 파장 550nm의 빛에 대한 두께 방향의 주요 굴절률을 의미하는 것이며, nx4> ny4 ≥ nz4이다.
[10] 상기 [9]에 있어서, 수직 배향 액정 셀 및 제 4 광학 이방성 층 사이에 배열된, 다음 조건(13) 및 (14)을 만족시키는 제 5 광학 이방성 층을 추가로 포함하는, 수직 배향형 액정 표시 장치.
(13) 0 ≤ Re5 ≤ 20
(14) 100 ≤ Rth5 ≤ 400
여기서 Re5 및 Rth5는 각각 제 5 광학 이방성 층의 면 내 및 두께 방향의 위상차 값을 의미하고, 각각 Re5 =(nx5 - ny5) × d5 [nm] 및 Rth5 = {(nx5 + ny5) / 2 - nz5} × d5 [nm]이며, d5는 제 5 광학 이방성 층 두께, nx5과 ny5는 파장 550nm의 빛에 대한 제 5 광학 이방성 층 면 내 주요 굴절률, nz5는 파장 550nm의 빛에 대한 두께 방향의 주요 굴절률을 의미하는 것이고, nx5 ≥ ny5> nz5이다.
[11] 상기 [9] 또는 [10]에 있어서, 제 2 광학 이방성 층이, 양의 단축성을 나타내는 액정성 조성물을 액정 상태에서 호메오트로픽 배향시킨 후, 배향 및 고정화하여 제조된 호메오트로픽 배향 액정 필름을 포함하는, 수직 배향형 액정 표시 장치.
[12] 상기 [11]에 있어서, 양의 단축성을 나타내는 액정성 조성물이 옥세타닐기를 갖는 측쇄 액정 고분자를 포함하는, 수직 배향형 액정 표시 장치.
[13] 상기 [9] 내지 [12] 중 어느 하나에 있어서, 제 1, 제 3 및 제 4 광학 이방성 층이 폴리카보네이트 또는 고리형 폴리올레핀을 포함하는, 수직 배향형 액정 표시 장치.
[14] 상기 [9] 내지 [13] 중 어느 하나에 있어서, 제 3 광학 이방성 층이 다음 조건(12)을 추가로 만족시키는, 수직 배향형 액정 표시 장치.
(12) 0.7 ≤ Re3(450)/Re3(590) ≤ 1.05
여기서 Re3(450) 및 Re3(590)는 파장 450nm 및 590nm의 빛의 제 3 광학 이방성 층 면의 위상차 값을 의미한다.
[15] 상기 [9] 내지 [14] 중 어느 하나에 있어서, 제 4 광학 이방성 층이 다음 조건(15)을 더욱 만족시키는, 기재된 수직 배향형 액정 표시 장치.
(15) 0.7 ≤ Re4(450)/Re4(590) ≤ 1.05
여기서 Re4(450) 및 Re4(590)는 파장 450nm 및 590nm의 빛의 제 4 광학 이방성 층 면의 위상차 값을 의미한다.
[16] 상기 [9] 내지 [15] 중 어느 하나에 있어서, 제 5 광학 이방성 층이 액정 화합물, 트리아세틸 셀룰로오스, 고리형 폴리올레핀, 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리에스테르, 폴리에테르 케톤, 폴리아릴에테르 케톤, 폴리아미드 이미드, 및 폴리에스테르 이미드로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 재료로 형성된 층인, 수직 배향형 액정 표시 장치.
[17] 상기 [9] 내지 [16] 중 어느 하나에 있어서, 제 1 편광의 흡수 축과 상기 제 1 광학 이방성 층의 느린 축이 이루는 각도를 "r"이라 정의할 때, 제 1편광자 및 제 3 광학 이방성 층이 80°≤ r ?≤ 100°을 만족시키도록 적층되어 있는, 수직 배향형 액정 표시 장치.
[18] 상기 [9] 내지 [17] 중 어느 하나에 있어서, 제 3 광학 이방성 층과 상기 제 4 광학 이방성 층이, 그 느린 축이 이루는 각도가 80°내지 100°가 되도록 적층되는, 수직 배향형 액정 표시 장치.
[19] 상기 [9] 내지 [18] 중 어느 하나에 있어서, 제 1 편광의 흡수 축과 제 3 광학 이방성 층의 느린 축이 이루는 각을 "p", 제 2 편광의 흡수 축과 제 4 광학 이방 층의 느린 축이 이루는 각도를 "q"라 정의하면, p는 40°≤ p ≤ 50°, q는 40° ≤ q ≤ 50°를 충족시키는, 수직 배향형 액정 표시 장치.
[20] 상기 [9] 내지 [19] 중 어느 하나에 있어서, 제 1 광학 이방성 층이 상기 제 1 편광 보호층으로 작용하는, 수직 배향형 액정 표시 장치.
[21] 상기 [9] 내지 [20] 중 어느 하나에 있어서, 수직 배향 액정 셀의 기판 중 한 쌍이 반사 기능이 있는 영역과 투과 기능이 있는 영역이 있는 기판인, 수직 배향형 액정 표시 장치.
본 발명의 수직 배향형 액정 표시 장치는 화상이 밝고 전방위에서 명암이 높은 화상을 표시할 수 있다.
또한 본 발명은 저렴한 가격으로 시야각 특성이 뛰어난 타원 편광자과 그것을 이용한 수직 배향형 액정 표시 장치를 제공한다.
[도1] 본 발명의 타원 편광자의 단면 모식도이다.
[도2] 실시예 2에서 사용한 수직 배향형 액정 표시 장치의 단면 모식도이다.
[도3] 실시예 2에서 사용한 수직 배향형 액정 표시 장치의 각 구성 성분의 각도 관계를 나타낸 평면도이다.
[도4] 실시예 2의 수직 배향형 액정 표시 장치를 전방위에서 봤을 때 명암비를 나타내는 도면이다.
[도5] 실시예 3에서 사용한 수직 배향형 액정 표시 장치의 단면 모식도이다.
[도6] 실시예 3에서 사용한 수직 배향형 액정 표시 장치의 각 구성 성분의 각도 관계를 나타낸 평면도이다.
[도7] 실시예 3의 수직 배향형 액정 표시 장치를 전방위에서 봤을 때 명암비를 나타내는 도면이다.
[도8] 실시예 4에서 사용한 반사투과형의 수직 배향형 액정 표시 장치의 단면 모식도이다.
[도9] 실시예 4에서 사용한 반사투과형의 수직 배향형 액정 표시 장치의 각 구성 성분의 각도 관계를 나타낸 평면도이다.
[도10] 실시예 4에서 사용한 반사투과형의 수직 배향형 액정 표시 장치를 전방위에서 봤을 때 명암비를 나타내는 도면이다.
[도11] 비교예 1에서 사용한 수직 배향형 액정 표시 장치의 단면 모식도이다.
[도12] 비교예 1에서 사용한 수직 배향형 액정 표시 장치의 각 구성 성분의 각도 관계를 나타낸 평면도이다.
[도13] 비교예 1의 수직 배향형 액정 표시 장치를 전방위에서 봤을 때 명암비를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 타원 편광자는 도1과 같이 적어도 제 1 편광, 제 1 광학 이방성 층, 제 2 광학 이방성 층, 및 제 3 광학 이방성 층이 차례로 적층되는 타원 편광자가다.
본 발명의 수직 배향형 액정 표시 장치는 다음의(1) 또는(2)의 구조를 가지며 필요에 따라 빛의 확산 층, 광 제어 필름, 도광판(light guiding plate) 및 프리즘 시트와 같은 부재를 더 포함할 수 있다. 호메오트로픽 배향 액정 필름을 포함하는 제 2 광학 이방성 층을 사용한다는 점을 제외하고 표시 장치의 구조에 특별한 제한은 없다. 시야각 의존성이 적은 광학 특성을 얻는다는 점에서,(1) 또는(2) 모두를 사용할 수 있다.
(1) 제 1 편광 / 제 1 광학 이방성 층 / 제 2 광학 이방성 층 / 제 3 광학 이방성 층 / 수직 배향 액정 셀 / 제 4 광학 이방성 층 / 제 2 편광 / 백라이트;
(2) 제 1 편광 / 제 1 광학 이방성 층 / 제2 광학 이방성 층 / 제 3 광학 이방성 층 / 수직 배향 액정 셀 / 제 5 광학 이방성 층 / 제 4 광학 이방성 층 / 제 2 편광 / 백라이트
상기 구성에서 특허 문헌 3과 4에서 제안된 필름 8장은 4 또는 5장까지 줄일 수 있어 광시야각 특성을 유지하면서 비용 절감을 꾀할 수 있다.
본 발명에서, 제 1 광학 편광의 흡수 축은 제 1 광학 이방성 층의 느린 축과 평행하나, 제 1 광학 이방성 층으로서 음의 이축성 광학 이방성 층을 사용하는 것은, 통상적으로 수행되는 시트의 적층이 아닌, 롤투롤(roll-to-roll)법으로 타원 편광자를 만들 수 있게 한다. 그 결과, 얇은 구조의 타원 편광자가 효율적으로 제조될 수 있다.
이하 본 발명에 사용되는 구성 부품에 대해 차례로 설명한다.
먼저, 본 발명에 사용하는 수직 배향 액정 셀을 설명한다.
액정 셀에는 특별한 제한은 없어, 투과형, 반사형, 또는 반사투과형이 될 수 있다. 액정 셀 구동 방식에 특별한 제한은 없고, STN-LCD에 사용되는 수동 매트릭스 방식, TFT(Thin Film Transistor)전극 및 TFD(Thin Film Diode)전극과 같은 능동 전극을 이용하는 액티브(active) 메트릭스 방식, 플라즈마 어드레스 방식일 수 있다.
액정 층을 구성하는 액정성 재료를 특정 배향 방향으로 배향킬 수 있다면, 액정 셀을 구성하는 투명 기판에는 특별한 제한은 없다. 더욱 구체적인 예로는, 그 자체가 액정 재료를 배향시키는 성질을 가지는 것, 및 그 자체는 배향 능력이 없지만, 액정 재료를 배향시킬 수 있는 배향막이 설치된 것을 포함한다. 액정 셀의 전극은 ITO와 같은 통상적인 전극이 될 수 있다. 전극은 일반적으로 표면이 액정 층에 접하는, 투명 기판의 표면에 배치될 수 있다. 배향막이 있는 투명 기판을 사용하는 경우, 기판과 배향층 사이에 전극이 마련될 수 있다.
음의 유전 이방성을 갖는다면, 액정 층을 형성하는 액정성을 나타내는 재료는 특별히 제한되지 않는다. 상기 재료의 예는, 다양한 액정 셀을 구성할 수 있는, 낮은 분자량의 다양한 액정 물질, 고분자 액정 물질 및 이들의 혼합물을 포함한다. 액정 물질이 액정성을 나타내는 것을 막지 않는 범위에서, 액정 재료는 염료, 키랄 도펀트, 또는 비액정 물질과 혼합될 수 있다. 음의 유전 이방성을 나타내는 액정 재료를 포함하는 수직 배향 액정 층에 키랄 도펀트를 첨가하면, 전압을 사용할 때 액정 분자의 회전이 안정화될 수 있다. 더욱이, 두 개 기판의 부근에서 배향 층이 다른 방향으로 러빙될 때, 배향 처리의 궤적이 동일한 방향이 아니므로 눈에 덜 띄게 된다. 액정 층이 90도에서 트위스트 된 경우, 광 누설(optical leakage)이 거의 없는 흑색 화상을 얻게 되는데, 이는 두 개 기판의 부근에서 액정 분자의 경사 방향이 90도의 각을 만들고, 따라서 경사 방향에서 발생한 위상차가 서로 상반되기 때문이다.
대안적으로, 수직 배향 액정 셀의 기판 중 하나를 반사 기능이 있는 영역과 투과 기능이 있는 영역이 있는 기판과 교체하는 것은 반사투과형의 수직 배향 액정 셀로 셀을 전환시킬 수 있다.
반사투과형의 수직 배향 액정 셀에서 사용되는 반사투과형 전극에 포함된 반사 기능이 있는 영역(이하, "반사 층"이라 한다)에는 특별히 제한되지 않는다. 상기 영역의 예에는, 알루미늄, 은, 금, 크롬 및 백금, 상기 금속 중 하나 이상을 포함하는 합금, 산화 마그네슘과 같은 산화물, 유전체 다층 막, 선택 반사를 나타내는 액정 필름 및 이들의 조합으로 형성된 것을 포함한다. 반사 층은 평면 또는 곡면일 수 있고, 표면이 요철 모양으로 형성되어 확산 반사성을 갖는 것; 관찰자 반대 편에 위치한 투명 기판 상에서 전극으서 기능을 갖는 것; 또는 이의 조합일 수 있다.
상기 언급된 구성 성분과 더불어, 본 발명에서 사용되는 수직 배향형 액정 셀은, 다른 구성 성분을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 컬러 필터를 사용하는 것은 색상 순도가 높은 멀티 컬러 또는 컬러 표시를 할 수 있는 컬러 액정 표시 장치를 제조할 수 있게 한다.
다음으로, 본 발명에 사용되는 광학 이방성 층에 대해 차례로 설명한다.
먼저, 제 1, 제 3, 및 제 4 광학 이방성 층에 대해 설명한다.
상기 광학 이방성 층의 예에는, 단축 또는 이축 연신 처리하는 방법과 일본 특허 출원 공개 공보 No.5-157911에 명시된 기술에 의해, 폴리카보네이트류, 노르보르넨 수지와 같은 고리형 폴리올레핀류, 폴리비닐 알콜류, 폴리스티렌류, 폴리메틸 메타크릴레이트류, 폴리프로필렌류, 다른 폴리올레핀류, 폴리아릴레이트류, 및 폴리아미드류를 포함하는 적절한 폴리머로 형성된 복합 굴절 필름을 포함하고, 여기서 긴 필름은, 두께 방향에서 위상차를 높이기 위한 열 수축 필름; 액정 고분자와 같은 액정 재료로 형성된 배향된 필름; 및 필름에 지지된 액정 재료의 배향 층을 사용하여 너비 방향에서 열 수축된다.
면 내 방향으로 x 및 y 방향으로 하고, 두께 방향을 z 방향으로 정의하는 경우, 양의 단축 광학 이방성 층은 nx> ny = nz로 정의되는 굴절률 관계를 갖는다. 양의 이축 광학 이방성 층은 nx> nz> ny로 정의되는 굴절률 관계를 갖는다. 음의 단축 광학 이방성 층은 nx = ny> nz로 정의되는 굴절률 관계를 갖는다. 음의 이축 광학 이방성 층은 nx> ny> nz로 정의되는 굴절률 관계를 갖는다.
제 1 광학 이방성 층의 두께를 d1로 정의하고, 면 내 주요 굴절률을 nx1 및 ny1로 정의하며, 두께 방향의 주요 굴절률을 nz1로, nx1> ny1> nz1로, 파장 550nm의 빛에서 면 내의 위상차 값을 Re1 =(nx1 - ny1) × d1 [nm]로, 두께 방향의 위상차 값을 Rth1 = {(nx1 + ny1) / 2 - nz1} × d1 [nm]로 정의하면, 제 1 광학 이방성 층은 다음 식 [1] 내지 [3]를 만족한다.
(1) 50 ≤ Re1 ≤ 500
(2) 30 ≤ Rth1 ≤ 750
(3) 0.6 ≤ Rth1/Re1 ≤ 1.5
제 1 광학 이방성 층은 편광의 시야각 보상에 기여하며, 550nm 파장의 빛에 대해 제 1 광학 이방성 층의 면의 위상차 값(Re1)은 일반적으로 50 내지 500nm, 바람직하게는 80 내지 480nm, 더욱 바람직하게는 100 내지 450nm의 범위이다. Re1 값이 상기 범위를 벗어난 경우에는, 충분한 시야각을 얻을 수 없거나, 비스듬하게 볼 때 불필요한 컬러가 생길 수 있다.
550nm 파장의 빛에 대해 제 1 광학 이방성 층의 두께 방향의 위상차 값(Rth1)은 30 내지 750nm, 바람직하게는 40 내지 500nm, 더욱 바람직하게는 50 내지 200nm의 범위이다. Rth1 값이 위의 범위를 벗어난 경우에는, 충분한 시야각을 얻을 수 없거나, 비스듬하게 볼 때 불필요한 컬러가 생길 수 있다.
제 1 광학 이방성 층의 두께의 위상차 값(Rth1)과 면의 위상차 값(Re1)의 비율은 보통 0.6 내지 1.5, 바람직하게는 0.6 내지 1.4, 더욱 바람직하게 0.6 내지 1.3 범위이다. Rth/Re 값이 위의 범위를 벗어난 경우에는, 충분한 시야각을 얻을 수 없거나, 비스듬하게 볼 때 불필요한 컬러가 생길 수 있다.
제 1 편광의 흡수 축과 제 1 광학 이방성 층의 느린 축이 이루는 각도를 r이라 할 때, r은 보통 80 내지 100°, 바람직하게는 85 내지 95°, 더욱 바람직하게는 약 90°(직교)이다. 제 1 편광의 흡수 축이 제 1 광학 이방성 층의 느린 축과 실질적으로 수직이 되도록(교차 각도가 90°± 10° 이내, 바람직하게는 ±5° 이내의 것을 말한다) 제 1 편광자 및 제 1 광학 이방성 층 모두는 긴 롤의 형태로 롤투롤 공정에서 적층시킴으로써 결합된다. 그 결과, 얇은 타원형 편광자는 고효율적으로 제조된다. 다만, 제 1 편광자 및 제 1 광학 이등방 층을 직각으로 통합시키기 위해, 흡수 축이 흡수 축과 수직이 되게 하기 위해, 제 1 광학 이방성 층의 느린 축은 롤의 긴 방향에 대해 직각 방향으로 배치할 필요가 있다. 그러기 위해서는, 제 1 광학 이방성 층을 가로축 연신 또는 가로 이축 연신하여 제조하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 가로축 연신 또는 가로 이축 연신으로 축을 제조하는 경우, 위상차 필름의 굴절률의 관계는 nx> ny> nz으로 나타나는 음의 이축이 될 것으로 알려져 있다. 따라서, 타원 편광자의 고효율 생산을 위해, Rth/Re 값은 바람직하게는 상기 언급한 0.6 내지 1.5의 범위이다. 상기 이외의 범위인 Rth/Re 값은 전면 명암의 감소로 인한 화질 저하를 일으킬 것이다.
바람직하게는 제 3 및 제 4 광학 이방성 층은 면에서 1/4 파장의 위상차를 나타낸다. 제 3 및 제 4 광학 이방성 층의 두께를 각각 d3 및 d4으로 정의하고, 면 내 주요 굴절률을 각각 nx3, nx4 및 ny3, ny4으로 정의하며, 두께 방향의 주요 굴절률을 각각 nz3 및 nz4으로 정의하고, nx3> ny3 ≥ nz3, nx4> ny4 ≥ nz4로 하며, 파장 550nm의 빛에서 면 내의 위상차 값을(Re3 =(nx3 - ny3) × d3 [nm]) 및 (Re4 =(nx4 - ny4) × d4 [nm])이라 하면, 제 3 및 제 4 광학 이방 가능 층은 각각 다음 조건(6) 내지 (8) 및 (9) 내지 (11)를 만족시킨다.
(6) 100 ≤ Re3 ≤ 180
(7) 50 ≤ Rth3 ≤ 600
(8) 0.5 ≤ Rth3/Re3 ≤ 3.5
(9) 100 ≤ Re4 ≤ 180
(10) 50 ≤ Rth4 ≤ 600
(11) 0.5 ≤ Rth4/Re4 ≤ 3.5
제 3과 제 4 광학 이방성 층이 1/4 파장의 위상차를 나타내기 때문에, 550nm의 빛에 대해 제 3과 제 4 광학 이방성 층 면의 위상차 값(Re3, Re4)은 100 내지 180nm, 바람직하게는 120 내지 160nm, 더욱 바람직하게는 130 내지 150nm의 범위이다. Re3 및 Re4가 위의 범위를 벗어난 경우에는, 편광과 함께 사용될 때 원형 편광성을 충분히 얻을 수 없으며, 정면에서 보았을 때의 표시 특성이 저하될 수 있다.
제 3과 제 4 광학 이방성 층의 두께 방향의 위상차 값(Rth3, Rth4)은 정면에서 보았을 때 1/4 파장 판이고 동시에 수직 배향 액정 셀의 두께 방향의 위상차를 보상하여 시야각 보상 효과를 발휘하는 기능을 갖도록 하는 조건으로 설정할 필요가 있다. 따라서, 수직 배향 액정 셀의 두께 방향의 위상차 값에 따라, 제 3 및 제 4 광학 이방성 층의 위상차 값은 50 내지 600nm, 바람직하게는 100 내지 400nm, 더욱 바람직하게는 140 내지 300nm의 범위이다. 제 3 및 제 4 광학 이방성 층의 위상차 값이 위의 범위를 벗어나면, 충분한 시야각 향상 효과를 얻을 수 없거나, 비스듬하게 볼 때 불필요한 컬러가 생길 수 있다.
제 3과 제 4 광학 이방성 층의 두께 방향의 위상차 값(Rth3, Rth4)와 이의 면에서의 위상차 값(Re3, Re4)의 비율은 보통 0.5 내지 3.5, 바람직하게 1.0 내지 3.0, 더욱 바람직하게는 1.5 내지 2.5 범위이다. Rth/Re 값이 위의 범위를 벗어난 경우에는, 충분한 시야각 향상 효과를 얻을 수 없거나, 비스듬하게 볼 때 불필요한 컬러가 생길 수 있다.
제 3 광학 이방성 층 느린 축과 제 4 광학 이방성 층 느린 축이 이루는 각도는 보통 80 내지 100도, 바람직하게는 85 내지 90도, 더욱 바람직하게는 약 90도(직교)이다. 위의 범위를 벗어난 경우, 정면에서 보았을 경우의 명암이 감소될 것이다.
제 3과 제 4 광학 이방성 층의 파장 450nm 파장 및 590nm 파장의 빛에서 면 내의 위상차 값을 각각 Re3(450), Re3(590), 및 Re4(450), Re4(590)이라 정의하면 다음의 식(12) 내지 (15)를 만족시킨다:
(12) 0.7 ≤ Re3(450) / Re3(590)≤ 1.05
(15) 0.7 ≤ Re4(450) / Re4(590)≤ 1.05
반사 방식에서 반사투과형의 수직 배향형 액정 표시 장치의 명암 특성을 향상시키기 위해, 1 / 4 파장 판의 위상차의 파장에 대한 의존성은 파장이 큰 만큼 큰 것 또는 거의 일정한 것이 바람직하고, 450nm 및 590nm 파장의 빛에 대한 제 3과 제 4 광학 이방성 층 위상 값 비율은 보통 0.7 내지 1.05, 바람직하게는 0.75 내지 1.0의 범위이다. 위의 범위를 벗어난 경우, 표시 특성은 악화될 수 있는데, 예를 들어, 액정 표시 장치가 반사 방식에 있을 때 흑색 화상이 푸르스름해진다.
원 편광자는 1 / 4 파장판으로 직선 편광을 원형 편광 바꾸고, 원형 편광을 선형 편광로 바꾸는 기능이 있다. 따라서, 직선 편광과 수직 배향 액정 셀 사이의 면에서 1 / 4 파장의 위상차가 있는 제 3과 제 4 광학 이방성 층의 설비는, 상하 편광자를 서로 직교시킴으로써, 반사투과형 수직 배향형 액정 표시 장치가 전압이 사용되지 않을 때 관찰 방향의 위상차가 0이므로 흑색 화상을 표시하도록 하고, 전압이 사용되지 않을 때 관찰 방향에서 위상차가 일어나도록 한다. 직선 편광과 1 / 4 파장 판을 조합한 원 편광자를 형성시킨다는 점에서, 제 1 편광의 흡수 축과 제 3 광학 이방성 층의 느린 축이 이루는 각으로 정의된 p는 보통 40 내지 50도, 바람직하게는 42 내지 48도, 더욱 바람직하게는 약 45도이다.
마찬가지로, 제 2 편광의 흡수 축과 제 4 광학 이방성 층의 느린 축이 이루는 각도로 정의된 q는 보통 40 내지 50도, 바람직하게는 42 내지 48도, 더욱 바람직하게는 약 45도이다. 상기 이외의 범위에서는 전면 명암의 하락에 의한 화질 저하를 일으킬 것이다.
다음으로, 제 2 광학 이방성 층에 대해 설명한다.
본 발명의 제 2 광학 이방성 층은 양의 단축성을 나타내는 액정 재료를 액정 상태에서 호메오트로픽 배향시킨 후, 배향을 고정화하여 만든 호메오트로픽 배향 액정 필름을 포함한다.
본 발명에서 액정 재료를 호메오트로픽 배향으로 고정화한 액정 필름을 얻는 데 있어, 액정 재료와 배향 기판의 선택이 매우 중요하다.
본 발명에 사용되는 액정 재료는 폴리(메타)아크릴레이트와 폴리실록산과 같은 측쇄 액정 폴리머를 적어도 주된 구성 성분으로 포함하는 것이다.
본 발명에서 사용되는 측쇄 액정 폴리머는 말단 중 하나에 중합 가능한 옥세타닐기를 갖는 것이다. 더 구체적으로, 아래 식(1)로 표현되는 옥세타닐기를 갖는(메타)아크릴 화합물의(메타)아크릴 부분을 단독 중합 또는 다른 (메타)아크릴 화합물과 공중합하여 제조된 측쇄 액정 폴리머 물질을 좋은 예로 들 수 있다:
Figure pct00001
위의 식(1) 중, R1은 수소 또는 메틸기를 나타내고, R2는 수소, 메틸 또는 에틸기를 나타내며, L1과 L2는 각각 단일 결합, -O-, -O-CO-, 또는 -CO-O- 이고, M은 아래 식(2) 내지 (4)를 나타내며, n과 m은 각각 0 내지 10의 정수를 보여준다:
-P1-L3-P2-L4-P3-(2)
-P1-L3-P3-(3)
-P3-(4)
식(2) 내지 (4) 중, P1과 P2는 각각 식(5)로 나타나는 군을 나타내고 P3는 식(6)으로 나타나는 군을 나타내며, L3와 L4는 각각 단일 결합, -CH=CH-, -C≡C-, -O-, -O-CO- 또는 -CO-O-이다:
Figure pct00002
Figure pct00003
옥세타닐기를 갖는(메타)아크릴 화합물의 합성법은 특히 제한되지 않는다. 따라서, 보통의 유기 화학 합성법에 사용되는 방법을 적용할 수 있다. 예를 들어, Willamson의 에테르 합성 또는 축합제를 이용한 에스테르 합성의 방법으로, 옥세타닐기를 갖는 부분과(메타)아크릴기를 가지 부위를 결합하여 옥시타닐기가(메타)아크릴기의 2개 반응성 작용기를 가진(메타)아크릴 화합물을 합성할 수 있다.
식(1)로 표현되는 옥세타닐기를 갖는(메타)아크릴 화합물의(메타)아크릴기를 단독 중합하여 또는 다른(메타)아크릴 화합물과 공중합하면 아래 식(7)로 표현되는 단위를 포함하는 측쇄 액정 폴리머 화합물이 얻어진다.
Figure pct00004
라디칼 중합의 예로는,(메타)아크릴 화합물을 디메틸포름아미드(DMF)와 같은 용매에 녹이고, 2,2'-아조비스이소부틸로니트릴(AIBN) 및 과산화 벤조일(BPO) 을 개시제로 사용하여, 60 내지 120 ℃에서 몇 시간 동안 반응시키는 방법을 들 수 있다. 대안적으로, 액정 상을 안정하기 나타나도록 하기 위해, 브롬화 구리(I)/2,2'-비피리딜-계 개시제 또는 2,2,6,6-테트라메틸피페리디닐옥시 프리 라디칼(TEMPO)계 개시제와 같은 개시제를 사용하여 리빙 라디칼 중합을 수행하여 분자량 분포를 조절하는 효과적인 방법이 있다. 이러한 라디칼 중합은 탈산 조건(deoxidation condition)에서 실시하는 것이 바람직하다.
음이온 중합의 예로는,(메타)아크릴 화합물을 테트라히드로퓨란(THF)과 같은 용매에 녹이고 유기 리튬 화합물, 유기 나트륨 화합물 또는 Grignard 시약과 같은 강염기를 개시제로 사용하여 반응하는 방법이 사용될 수 있다. 대안적으로, 개시제 또는 반응 온도를 최적화함으로써 리빙 음이온 중합으로 상기 중합을 전환하여, 분자량 분포를 제어할 수 있다. 이러한 음이온 중합은 탈수 및 탈산 조건에서 엄격하게 수행될 필요가 있다.
결과 고분자 물질이 액정성을 나타내는 한 공중합화되어 첨가될(메타)아크릴 화합물의 종류에는 특별히 제한이 없다.
다만, 메소겐(mesogen)기를 갖는(메타)아크릴 화합물이 바람직한데, 이는 결과 고분자 물질의 액정성을 증진시킬 수 있기 때문이다. 더욱 구체적으로, 다음 식으로 표시되는 것이 특히 바람직하다:
Figure pct00005
상기 식에서, R은 수소, 탄소 원자 1 내지 12개의 알킬기, 탄소 원자 1 내지 12개의 알콕시기, 또는 시아노기이다.
측쇄 액정 고분자 화합물은 식(7)의 단위를 바람직하게는 5 내지 100몰%, 특히 바람직하게는 10 내지 100몰% 포함한다. 측쇄 액정 고분자 화합물은 중량 평균 분자량을 바람직하게는 2,000 내지 100,000, 특히 바람직하게는 5,000 내지 50,000으로 갖는다.
상기 측쇄 액정 고분자 화합물과는 달리, 본 발명에서 사용하는 액정 재료는, 액정성을 감소시키지 않으면서 혼합하여 얻을 수 있는 다양한 화합물을 함유할 수 있다. 그러한 화합물의 예는 옥세타닐기, 에폭시기, 및 비닐 에테르기와 같은 양이온 중합성 기능기를 갖는 것; 필름 형성 능력이 있는 각종 고분자 화합물; 및 액정성을 나타내는 다양한 저분자 또는 고분자 액정 화합물을 포함한다. 측쇄 액정 고분자 화합물이 조성물로 사용되는 경우, 전체 조성물에서 상기 화합물의 퍼센트는, 바람직하게는 10질량% 이상, 바람직하게는 30중량% 이상, 더욱 바람직하게 50 질량 % 이상이다. 측쇄 액정 고분자 물질이 10중량% 미만의 양으로 포함되어있을 때, 조성물에서 중합가능한 기의 농도는 낮을 것이고, 중합 후의 기계적 강도가 불충분하게 된다.
상기 액정 재료는, 옥세타닐기를 가교되도록 양이온 중합시켜 액정 상태에서 배향 및 고정화한다. 따라서, 액정 재료는 바람직하게는 빛이나 열과 같은 외부 자극으로 양이온을 발생하는 광- 또는 열- 양이온 발생제를 포함한다. 필요에 따라 다양한 증감제를 병용하여 사용할 수 있다.
여기서 사용된 "광 양이온 발생제"라는 용어는 특정 파장의 빛을 조사함으로써 양이온을 생성할 수 있는 화합물을 의미하고, 유기 술포늄 염-, 요오드 염, 또는 포스포늄 염-기반 화합물 중 어느 하나 일 수 있다. 이 화합물의 반대 이온은 바람직하게는, 안티모네이트, 포스페이트, 및 보레이트이다. 구체적인 예는, Ar3S+SbF6 -, Ar3P+BF4 -, 및 Ar2I+PF6 - 을 포함하고, 여기서, Ar은 페닐기 또는 치환된 페닐기를 나타낸다. 술폰산 에스테르류, 트리아진류, 디아조메탄류, β-케토술폰류, 이미노술포네이트류, 및 벤조인술포네이트류도 사용할 수 있다.
여기서 사용된 "열 양이온 발생제"라는 용어는 특정 온도로 가열되어 양이온을 생성할 수 있는 화합물이며, 벤질술포늄 염류, 벤질암모늄 염류, 벤질피리디늄 염류, 벤질포스포늄 염류, 히드라지늄 염류, 카르본산 에스테르류, 술폰산 에스테르류, 아민이미드류, 안티몬 펜타클로라이드-아세틸 클로라이드 복합체류, 디아릴요오드 염- 디벤질옥시 구리류, 및 할로겐화 보론-tert 아민 부가물 중 하나일 수 있다.
이러한 양이온 발생제의 액정 재료에의 첨가량은, 사용될 측쇄 액정 고분자 화합물을 구성하는 메소겐 부분 또는 스페이서 부분의 구조, 옥세타닐기의 당량 및 액정 상태에서 조성물을 배향하는 조건에 따라 다르므로 확실하게 정해질 수는 없다. 다만, 이는 일반적으로 100질량ppm 내지 20질량%, 바람직하게는 1000질량ppm 내지 10질량%, 보다 바람직하게는 0.2질량% 내지 7질량%, 가장 바람직하게는 0.5질량% 내지 5중량% 범위 내이다. 100질량ppm 미만의 양이온 발생제의 양은 바람직하지 않은데, 발생하는 양이온의 양이 충분하지 않아 중합이 진행되지 않을 수 있기 때문이다. 20질량% 보다 많은 양이온 발생제의 양 역시 바람직하지 않은데, 결과 액정 필름 중에 잔존하는 양이온 발생제의 미분해 잔여물이 많아 그 내광성이 악화될 수 있기 때문이다.
다음에는 배향 기판 대해 설명할 것이다.
본 발명에서 사용되는 배향 기판은 평평하고 평면인 기판이 바람직하다. 그러한 기판의 예는, 유기 고분자 재료로 구성된 필름이나 시트, 유리 시트, 및 금속을 포함한다. 비용과 연속 생산성 측면에서, 유기 고분자 재료와 같은 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 유기 고분자 재료의 예로는, 폴리비닐 알콜, 폴리이 미드, 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤과 같은 투명 고분자, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리에틸렌 나프탈레이트와 같은 폴리에스테르계 고분자, 디아세틸 셀룰로오스 및 트리아세틸 셀룰로오스와 같은 셀룰로오스계 고분자; 폴리카보네이트계 고분자; 및 폴리메틸 메타크릴레이트와 같은 아크릴계 고분자를 포함한다. 추가적인 예로는 투명 고분자로 형성된 필름을 포함하는데, 예를 들어 폴리스티렌 및 아크릴로니트릴 스티렌 공중합체와 같은 스티렌계 고분자; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 에틸렌 프로필렌 공중합체와 같은 올레핀계 고분자; 고리형 또는 노르보르넨 구조를 갖는 사이클로폴리올레핀; 비닐 클로라이드계 고분자; 및 나일론 및 방향족 폴리아미드와 같은 아미드계 고분자가 있다. 추가적인 예로는 투명 고분자로 형성된 필름을 포함하는데, 예를 들어, 이미드계 고분자; 술폰계 고분자; 폴리에테르 술폰계 고분자; 폴리에테르에테르케톤계 고분자; 폴리페닐렌 설파이드계 고분자; 비닐 알콜계 고분자; 비닐이덴 클로라이드계 고분자; 비닐 부티랄계 고분자; 아릴레이트계 고분자; 폴리옥시메틸렌계 고분자; 에폭시계 고분자; 및 상기 고분자들의 혼합물이 있다. 상기 고분자 중에서, 광학 필름으로 사용되는, 트리아세틸 셀룰로오스, 폴리카보네이트 및 노르보르넨 폴리올레핀과 같은 플라스틱 필름을 사용하는 것이 바람직하다. 유기 고분자 재료의 필름의 특히 바람직한 예에는, ZEONOR(상품명, ZEON CORPORATION에서 제조), ZEONEX(상품명, ZEON CORPORATION에서 제조) 및 ARTON(상품명, JSR Corporation에서 제조)와 같은 노르보르넨 구조를 갖는 고분자 물질로 형성된 플라스틱 필름을 포함하는데, 이는 훌륭한 광학 특성 때문이다. 금속 필름의 예는 알루미늄으로 만들어진 것을 포함한다.
상기 액정 재료를 이용해 안정하게 호메오트로픽 배향을 얻기 위하여는, 배향 기판을 구성하는 재료가 바람직하게는 긴 사슬(보통 탄소수 4 이상, 바람직하게는 8 이상) 알킬기 또는 기판 표면에 긴 사슬 알킬기를 가진 화합물 층을 갖는다. 폴리비닐 알콜로 이루어진 층을 형성하는 것은, 층을 쉽게 형성할 수 있기 때문에, 긴 사슬의 알킬기를 갖는 것이 특히 바람직하다. 이러한 유기 고분자 재료는 단독으로 배향 기판로서 사용하거나, 다른 기판 위에 필름의 형태로 사용될 수 있다. 액정 분야에서, 기판은 일반적으로 액정 재료를 배향시키기 위해 천으로 문지르는, 러빙 처리를 한다. 다만, 본 발명의 호메오트로픽 배향 액정 필름은, 필름 면 내 이방성이 실질적으로 발생하지 않는 배향 구조를 갖고, 따라서 항상 러빙 처리를 할 필요는 없다. 그러나, 액정 재료가 배향 필름에 코팅할 때, 막는 것을 억제한다는 관점에서, 약한 러빙 처리를 수행하는 것이 바람직하다. 러빙 조건을 규정하는 중요한 설정 값으로, 주변 속도 비율(peripheral velocity ratio)이 있다. 주변 속도 비율은 롤에 감은 러빙 천을 회전시키고 기판을 러빙할 때, 러빙 천의 이동 속도와 기판의 이동 속도의 비율을 나타낸다. 약한 러빙 처리는 주변 속도 비율이 일반적으로 50 이하, 보다 바람직하게는 25 이하, 특히 바람직하게는 10 이하에서 러빙 천을 회전하여 수행되는 러빙 처리를 의미한다. 50보다 큰 주변 속도 비율은, 러빙 효과가 너무 강해서 액정 재료가 완전히 수직으로 배향하지 못하고, 수직이라기보다 면 방향으로 기울어진다.
다음으로, 호메오트로픽 배향 액정 필름의 제조 방법에 대해 설명한다.
이에 한정되는 것은 아니지만, 액정 필름은 위의 액정 재료를 상기 배향 기판로 확장하여, 배향시키고 광-조사 및/또는 열 처리하여 배향 상태로 고정화함으로써 제조될 수 있다.
액정 재료를 배향 기판에 배치하여 액정 재료 층을 형성하는 방법의 예는, 액정 재료를 용융 상태에서 직접 배향 기판상에 코팅하는 방법 또는 액정 재료의 용액을 배향 기판에 코팅한 후 용매를 증류시켜 건조하는 방법을 들 수 있다
용액의 조제에 사용되는 용매에 대해서는, 액정 재료를 적절한 조건에서 용해시킬 수 있고 증류시킬 수 있는 한, 특히 제한이 없다. 용매의 바람직한 예는, 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 이소포론, 및 사이클로헥사논과 같은 케톤류; 부톡시 에틸 알콜, 헥실옥시 에틸 알콜, 및 메톡시-2-프로판올과 같은 에테르 알콜류; 에틸렌 글리콜 메틸에테르 및 디에틸렌 글리콜 디메틸 에테르와 같은 글리콜 에테르류; 에틸 아세테이트 및 에틸 락테이트와 같은 에스테르류; 페놀 및 클로로페놀과 같은 페놀류; N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세토아미드, 및 N-메틸피롤리돈과 같은 아미드류; 클로로포름, 테트라클로로에탄, 및 디클로로벤젠과 같은 할로겐류; 및 이들의 혼합물을 포함한다. 배향 기판 상에 균일한 필름 층을 형성하기 위해 계면 활성제, 소포제, 또는 평활성 첨가제(leveling agent)를 용액에 첨가할 수 있다.
액정 재료를 직접 또는 용액의 형태로 코팅하는지에 상관없이 필름 층의 균일성이 유지될 수 있는 한 액정 재료의 코팅 방법에는 제한이 없다. 예를 들어, 스핀 코팅, 다이 코팅, 커튼 코팅, 딥 코팅 및 롤 코팅법을 사용할 수 있다. 액정 재료의 용액을 코팅하는 것은 코팅 후 용매를 제거하기 위한 건조 공정 이후인 것이 바람직하다. 건조 공정은 코팅된 필름의 균일성이 유지될 수 있다면, 특별히 한정하지 않고 공지의 방법을 채택할 수 있다. 예를 들어, 히터(난로), 또는 온풍 바람을 사용하는 방법이 사용될 수 있다.
액정 필름의 두께는 액정 표시 장치의 방식나 다양한 광학 변수에 의존하기 때문에 확실하게 결정될 수는 없지만, 보통 0.2μm 내지 10μm, 바람직하게는 0.3μm 내지 5μm, 더욱 바람직하게는 0.5μm 내지 2μm이다. 두께가 0.2μm 미만인 경우 충분한 시야각 향상 효과 또는 밝기 향상 효과를 얻을 수 있다. 10μm초과의 필름 두께는 액정 표시 장치에 불필요하게 착색되도록 할 수 있다.
배향 기판상에 형성된 액정 재료 층을 열처리 등에 의해 액정 상태로 배향하고 그 후 광-조사 및/또는 열처리로 경화하여, 배향 상태로 고정한다. 처음 열처리 중에, 액정 재료가 액정 상을 나타내는 범위의 온도로 액정 재료를 가열하여, 고유의 자기 배향력에 의해 배향된다. 열처리 조건은 사용될 액정 재료의 액정 상 행동 온도(behavior temperature)(전이 온도)에 따라 최적 조건과 한계가 다양하기 때문에 확실하게 결정될 수는 없다. 다만, 보통 10 내지 250℃, 바람직하게는 30℃ 내지 160℃ 범위, 더욱 바람직하게는 액정 재료의 Tg보다 높은 온도, 더욱 바람직하게는 액정 재료의 Tg보다 10℃ 이상 높은 온도에서 열처리를 수행한다. 너무 낮은 온도는, 액정 재료가 충분하게 배향되지 않을 수 있어 바람직하지 않고, 반면에 너무 높은 온도도 액정 재료 중의 양이온 중합성 반응기 또는 배향 필름 기판에 악영향을 줄 수 있어 바람직하지 않다. 열처리 시간은 보통 3초 내지 30 분, 바람직하게는 10초 내지 10분 동안 수행한다. 3초 미만 동안의 열처리는 바람직하지 않은데, 액정 재료가 액정 상으로 완전하게 배향되지 않을 수 있기 때문이다. 이에 반하여, 30분을 넘는 열처리도 생산성이 나빠지기 때문에 바람직하지 않다.
액정 재료 층을 열처리에 의해 액정 상태로 배향한 후, 배향 상태를 유지한 채로 옥세타닐기를 중합화하여 경화(가교)한다. 경화 공정은 완성된 액정 배향을 경화(가교) 반응에 의해 액정 배향 상태를 고정화하여 액정 재료가 강력한 필름으로 변성하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 액정 재료는 중합성의 옥세타닐기를 가지고 있기 때문에, 반응기를 중합(가교)하기 위한 양이온 중합 개시제(양이온 발생제)를 사용하는 것이 바람직하다. 그러한 양이온 개시제로서, 열 양이온 발생제보다 광 양이온 발생제가 더욱 바람직하다.
광 양이온 발생제를 사용하는 경우, 이의 첨가 후, 액정 배향을 위한 열처리까지의 공정을 어두운 조건(광 양이온 발생제가 해리되지 않을 정도로 빛을 차단한 조건)에서 수행하여, 액정 재료가 배향 공정까지는 경화되지 않고 충분한 유동성을 갖고 배향될 수 있게 한다. 따라서, 적당한 파장의 빛을 발산할 수 있는 광원의 빛을 조사함으로써 광 양이온 발생제가 양이온을 발생시켜, 액정 재료를 경화시킨다.
광조사는, 사용된 광 양이온 발생제의 흡수 파장 영역 스펙트럼을 갖는 광원, 예를 들어 금속 할라이드 등, 고압 수은등, 저압 수은 등, 제논 등, 아크 방전 등, 및 레이저로부터의 빛을 조사하여 광 양이온 발생제를 분열시킨다. cm2 당 조사량은, 누적 조사량으로 일반적으로 1 내지 2000mJ, 바람직하게는 10 내지 1000mJ의 범위이다. 그러나, 광 양이온 발생제의 흡수 영역과 광원의 스펙트럼이 크게 다른 경우나, 액정 재료 자체가 광원 파장을 흡수할 수 있을 때, 조사량은 상기 범위로 제한되지 않는다. 이러한 경우에는 적절한 광 증감제 또는 흡수 파장이 다른 2 종 이상의 광 양이온 발생제를 사용할 수 있는 방법을 취할 수 있다.
광 조사시의 온도는 상기 액정 재료가 배향되는 범위 이내일 필요가 있다. 또한, 경화의 효과를 충분히 하기 위하여는, 상기 액정 재료의 Tg와 같거나 더 높은 온도에서 빛을 조사하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 공정으로 제조한 액정 층은 충분히 견고한 필름이 된다. 더욱 구체적으로, 경화 반응에 의해 메소겐 부분이 3차원적으로 결합되기 때문에 경화 전과 비교하여 내열성(액정 상이 유지되는 상한 온도)을 충분히 향상시킬 뿐만 아니라 내스크래치성, 내마모성, 및 내균열성과 같은 기계적 강도에 대해서도 크게 향상된다.
사용되는 배향 기판이 광학적으로 등방성이 아니거나, 결과 액정 필름이 사용될 파장 영역에서 불투명이거나, 또는 배향 기판의 두께가 너무 두꺼워서 실제 사용에 지장을 발생하는 문제가 있는 경우, 액정 층은 위상차 기증이 있는 연신 필름에 전사될 수 있다. 전사 방법은 공지의 방법을 채택할 수 있다. 예를 들어, 일본 특허 공개 공보 No. 4-57017 및 No. 5-333313에 기재된 바와 같이 배향 기판과 다른 전사를 위한 기판 필름을, 점착성 접착제(tacky adhesive) 또는 배향 기판 상의 액정 층 상의 접착제를 통해 적층하고, 필요에 따라 점착성 접착제 또는 접착제가 액정 필름 층이, 전사용 기판 필름의 적층되지 않은 다른 표면에 코팅되고, 경화되어, 배향 기판을 박리시켜 액정 필름만을 기판 필름 상에 전사하는 방법을 들 수 있다.
액정 필름의 전사에 사용하는 점착성 접착제 또는 접착제는 광학 등급(optical grade)이면 특히 제한이 없다. 따라서 통상적인 아크릴, 에폭시 또는 우레탄계 접착제가 사용될 수 있다.
상기대로 제조된 호메오트로픽 배향 액정 필름은 액정 필름를 수직 입사에서 기울인 각도에서 광학 위상차를 측정하여 정량화할 수 있다. 호메오트로픽 배향 액정 필름의 광학 위상차 값은, 수직 입사에 관하여 대칭이다. 광학 위상차의 측정 방법에는 여러가지가 사용될 수 있다. 예를 들면, 자동 복굴절 측정 장치(Oji Scientific Instruments 제조)와 편광 현미경을 이용할 수 있다. 이 호메오트로픽 배향 액정 필름은 직교 니콜 편광자 사이에서 흑색으로 보인다. 이러한 방식으로, 호메오트로픽 배향성을 평가했다.
본 발명에 사용되는 호메오트로픽 배향 액정 필름은, 그 두께를 d2, 필름 면의 주요 굴절률을 nx2 및 ny2로, 두께 방향의 주요 굴절률을 nz2로 정의하고, nz2> nx2 ≥ ny2일 때, 면의 위상차 값(Re2 =(nx2 - ny2) × d2 [nm]) 및 두께 방향의 위상차 값(Rth2 = {(nx2 + ny2) / 2 - nz2} × d2 [nm])이 다음의 식(4) 및 (5)를 각각 만족시키는 것을 특징으로 한다.
(4) 0 ≤ Re2 ≤ 20
(5) -500 ≤ Rth2 ≤ -30
호메오트로픽 배향 액정 층의 광학 매개 변수인 Re2 및 Rth2 값은, 액정 표시 장치의 표시 방식 및 여러 가지의 광학 매개 변수에 의존하기 때문에 확실하게 결정될 수는 없다. 다만, 550nm의 단색 광에 대해, 호메오트로픽 배향 액정 필름 면의 위상차 값(Re2)은 0nm 내지 20nm, 바람직하게는 0nm 내지 10nm, 더욱 바람직하게는 0nm 내지 5nm의 범위이고, 두께 방향의 위상차 값(Rth2)은 -500 내지 -30nm, 바람직하게는 -400 내지 -50nm, 더욱 바람직하게는 -400 내지 -100nm에서 조절된다.
Re2와 Rth2 값의 상기 범위에서 조절은, 액정 표시 색조 보정을 실시하면서 시야각을 넓힐 수 있는 액정 표시 장치의 시야각 향상 필름의 결과가 된다. Re2 값이 20nm보다 크면, 큰 전면 위상차 값으로 인해 액정 표시 장치의 전면 특성을 악화시킬 수 있다. Rth2 값이 -30nm 보다 더 크거나 -500nm 보다 작은 경우에는 충분한 시야각 향상 효과를 얻을 수 없거나, 비스듬하게 장치를 볼 때 불필요한 컬러가 생길 수 있다.
다음 제 5 광학 이방성 층에 대해 설명한다.
제 5 광학 이방성 층은 특히 한정되지 않는다. 제 5 광학 이방성 층을 형성하는데 사용될 수 있는 비 액정성 재료의 예에는, 트리아세틸 셀룰로오스, ZEONEX와 ZEONOR(모두 ZEON CORPORATION에서 제조) 및 ARTON(JSR Corporation 제조)와 같은 고리형 폴리올레핀류, 폴리프로필렌과 같은 다른 폴리올레핀류, 및 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리에스테르, 폴리에테르케톤, 폴리아릴에테르케톤, 폴리아미드이미드 및 폴리에스테르이미드와 같은 고분자를 포함하는데, 이는 내열성, 내약품성, 투명성, 및 강성이 우수하기 때문이다. 상기 폴리머는 단독으로 또는 조합으로 사용될 수 있다. 대안적으로 상기 폴리머는, 폴리아릴에테르케톤과 폴리아미드의 혼합물과 같이, 다른 작용기를 가진 2 종 이상의 화합물을 혼합한 형태로 사용될 수 있다. 이러한 폴리머 중에서도, 높은 투명성 및 배향성이 있는, 폴리이미드가 특히 바람직하다. 액정 화합물을 포함하는 재료의 예는, 콜레스테릭 액정 폴리머와 같은 액정 재료로 만들어진 콜레스테릭 배향 필름, 및 필름으로 지지된 액정 재료의 콜레스테릭 배향 층을 포함한다.
수직 배향 액정 셀의 수직 배향 액정 층의 시야각을 보상하기 위해, 제 5 광학 이방성 층은, 제 5 광학 이방성 층의 두께를 d5, 제 5 광학 이방성 층 면에서 주요 굴절률을 nx5 및 ny5, 두께 방향의 주요 굴절률을 nz5으로 하고, nx5 ≥ ny5> nz5이고, 파장 550nm의 빛에서 면 내의 위상차 값을(Re5 =(nx5 - ny5 ) × d5 [nm], Rth5 = {(nx5 + ny5) / 2 - nz5} × d5 [nm])이라 할 때, 다음 식(13)(14) 식을 만족시킨다:
(13) 0 ≤ Re5 ≤ 20
(14) 100 ≤ Rth5 ≤ 400
제 5 광학 이방성 층은 수직 배향 액정 셀의 광학적 두께 또는 거기에 사용되는 액정 재료의 복굴절률 △n에 따르기 때문에, 제 5 광학 이방성 층면의 위상차 값(Re5)은 확실하게 결정될 수 없다. 다만, 위상차 값(Re5)이 일반적으로 0nm 내지 20nm, 바람직하게는 0nm 내지 10nm, 더욱 바람직하게는 0nm 내지 5nm의 범위이다. Re5 값이 위의 범위를 벗어난 경우에는, 정면에서 보았을 때 명암이 저하될 것이다. 제 5 광학 이방성 층의 두께 방향에서 위상차 값(Rth5)은 일반적으로 100nm 내지 400nm, 바람직하게는 180nm 내지 360nm, 더욱 바람직하게는 200nm 내지 300nm 의 범위이다. 위의 범위를 벗어난 경우에는 충분한 시야각 향상 효과를 얻을 수 없거나, 비스듬하게 장치를 볼 때 불필요한 컬러가 생길 수 있다.
본 발명에 사용되는 편광자는 일반적으로 편광자의 한쪽 또는 양쪽에 보호 필름이 있는 것이 사용된다. 한쪽에만 보호 필름이 있는 편광자가 사용된 경우, 상기 제 1 광학 이방성 층은 보호 필름의 기능도 겸한다. 본 발명의 타원 편광자는 제 1 광학 이방성 층의 느린 축과 제 1 편광의 흡수 축이 직교되도록 적층되며, 폭 방향으로 연신하여 음의 이축 광학 이방성 층을 사용하는 롤투롤 공정에 의해 편광자 및 광학 이방성 층을 결합시켜 제조될 수 있다.
편광자에는 특히 제한이 없다. 따라서 다양한 편광자를 사용할 수 있다. 편광자의 예는, 폴리비닐 알콜계 필름, 부분적으로 포름화된 폴리비닐 알콜계 필름, 또는 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합계의 부분적으로 비누화된 필름과 같은 친수성 고분자 필름, 요오드 또는 이색성 염료와 같은 이색성 물질을 흡착시켜 축을 연신하는 것; 및 폴리비닐 알콜의 탈수된 생성물과 폴리비닐 클로라이드의 탈염산 생성물과 같은 폴리엔계 배향 필름을 포함한다. 상기 편광자 중에서, 폴리비닐 알콜계 필름을 연신하고 배향하여 색상 물질(요오드 또는 염료)이 흡수되도록 제조된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 편광자의 두께도 특별히 제한되지 않는다. 다만, 5 내지 80μm 두께의 편광자를 사용하는 것이 일반적이다.
폴리비닐 알콜이 요오드로 염색되고 단축 연신되는 편광자는, 폴리비닐 알콜을 요오드화물의 수용액에 침지시켜 염색하고, 원래 길이 보다 3 내지 7 배 연신하여 제조될 수 있다. 필요에 따라, 붕산과 요오드화 칼륨의 수용액에 침지될 수 있다. 또한 필요에 따라, 염색 전에 폴리비닐 알콜계 필름을 물에 침지시킬 수 있다. 폴리비닐 알콜계 필름을 세척하는 것은 그 위의 얼룩과 블로킹 방지제를 제거할 수 있고, 이를 팽윤시킴으로써 불균일한 염색을 방지하는 효과도 있다. 연신은 요오드 염색 후 또는 염색하면서 수행될 수 있고 또는 연신하고 요오드로 염색할 수 있다. 대안적으로 붕산과 요오드의 수용액 또는 물 베스에서 수행될 수 있다.
상기 편광의 한쪽 또는 양쪽에 배열되어 있는 보호 필름은 투명성, 기계적 강도, 열 안정성, 수분 차폐력(shielding capability), 등방성에 뛰어난 것이 바람직하다. 상기 보호 필름의 재료의 예는, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리에틸렌 나프탈레이트와 같은 폴리에스테르계 폴리머; 디아세틸 셀룰로오스 및 트리아세틸 셀룰로오스와 같은 셀룰로오스계 폴리머; 폴리메틸 메타크릴레이트와 같은 아크릴계 폴리머; 폴리스티렌 및 아크릴로니트릴 스티렌 공중합체(AS 수지)와 같은 스티렌계 폴리머; 및 폴리카보네이트계 폴리머를 포함한다. 또 다른 예는, 폴리에틸렌-, 폴리프로필렌, 및 사이클로올레핀계 폴리올레핀과 같은 폴리올레핀계 폴리머, 노르보르넨 구조를 갖는 폴리올레핀, 및 에틸렌 프로필렌 공중합체; 비닐 클로라이드계 폴리머; 나일론 및 방향족 폴리아미드와 같은 아미드계 폴리머; 술폰계 폴리머; 폴리에테르 술폰계 폴리머; 폴리에테르에테르케톤계 폴리머; 폴리페닐렌 술파이드계 폴리머; 비닐 알콜계 폴리머; 비닐이덴 클로라이드계 폴리머; 비닐 부티랄계 폴리머; 아릴레이트계 폴리머; 폴리옥시메틸렌계 폴리머; 에폭세계 폴리머; 및 상기 폴리머의 혼합물을 포함한다. 또 다른 예는 아크릴-, 우레탄, 아크릴우레탄-, 에폭시- 및 실리콘계의 열 또는 자외선 경화형 수지를 필름 모양으로 만들어 제조한 것을 포함한다. 보호 필름의 두께는 일반적으로 500μm 이하이며, 바람직하게는 1 내지 300μm, 특히 바람직하게는 5 내지 200μm이다.
보호 필름은 광학적으로 등방성인 기판이 바람직하다. 그러한 기판의 예는, Fujitac(Fuji Photo Film Co. Ltd.에서 제조)와 Konicatac(Konica Minolta Opto, Inc.에서 제조)와 같은 트리아세틸 셀룰로오스; Arton 필름(JSR에서 제조), ZEONOR 필름 및 Zeonex 필름(모두 Zeon Corp.에서 제조)과 같은 사이클로올레핀계 폴리머; TPX 필름(Mitsui Chemical Inc. 에서 제조); 및 Acrpylene 필름(Mitsubishi Rayon Co. Ltd.에서 제조)를 포함한다. 타원 편광자에서 사용하는 경우, 평탄성, 내열성 또는 내습성에 있어, 트리아세틸 셀룰로오스 및 사이클로올레핀계 폴리머를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 보호 필름은 하드 코트(hard coat)나 반사방지 처리 또는 부착 방지, 확산 또는 눈부심 방지를 목적으로 한 다양한 처리를 한 것을 사용할 수 있다.
하드 코트 처리는 편광 필름 표면에의 긁힘을 방지하기 위해 실시되는 것으로, 보호 필름 표면에 적절한 아크릴-, 실리콘 계열 자외선 경화 수지로, 경도 또는 미끄럼 특성이 뛰어난 경화 필름을 형성함으로써 이루어진다. 반사 방지 처리는 편광 표면에 외광이 반사되는 것을 방지하기 위해 실시되는 것이며, 기존에 따른 반사 방지 필름을 형성하여 달성될 수 있다. 접착 방지 처리는 인접한 층 사이의 접착 방지를 목적으로 실시된다.
눈부심 방지 처리는 편광 필름 표면에서 자연광의 반사에 의해 야기되는 편광 필름을 통해 빛이 투과하는 시각성을 방해하는 것을 막기 위해 실시되는 것으로, 상기 편광 필름은 미세한 요철을 보호 필름 표면에 부여함으로써, 모래 분사 또는 양각과 같이 거칠게 함으로써, 또는 투명 미립자를 배합하여 적절한 방식으로 보호 필름의 표면에 미세한 요철 구조를 부여함으로써 야기된다. 보호 필름 표면에 미세 요철을 형성하기 위해 혼합될 미립자의 예는, 평균 입경이 0.5 내지 50μm의, 실리카, 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 산화 주석, 산화 인듐, 산화 카드뮴, 및 산화 안티몬과 같은 전기 전도성일 수 있는 무기 미립자 및 가교 또는 가교되지 않은 폴리머와 같은 유기 미립자와 같은 투명한 미립자를 포함한다. 보호 필름 표면에 미세 요철을 형성하는 경우, 미립자의 양은, 미세 표면 요철을 형성하는 투명 수지 100 중량 부에 대해, 일반적으로 2 내지 50 중량 부, 바람직하게는 5 내지 25 중량 부이다. 눈부심 방지층은 편광 필름을 투과하는 빛을 확산하고 따라서 시각을 확대하기 위한 확산층(시각 확장 기능이 있음)도 포함할 수 있다.
상기 반사 방지층, 접착 방지층, 확산 층 및 눈부심 방지 층은 보호 필름 자체에 형성될 수 있거나, 별도 광학 층으로 형성될 수도 있다.
상기 제 1, 제 2, 제 3, 제 4, 및 제 5 광학 이방성 층과 편광자는 점착성 접착제 층을 통해 서로 붙어있을 수 있다. 점착성 접착제 층을 형성하는 점착성 접착제는 특별히 제한되지 않는다. 아크릴 폴리머, 실리콘 폴리머, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리에테르, 불소계 또는 고무계 폴리머와 같은 폴리머를 기본 폴리머로 포함하는 것으로부터 적절하게 선택된 것이 사용될 수 있다. 특히, 광학적 투명성이 뛰어나고 적당한 내후성과 내열성이 뛰어나고 적절한 습기, 응집성 및 접착성과 같은 접착 특성을 나타내는 아크릴 점착성 접착제를 사용하는 것이 바람직하다.
접착제 층의 형성은 어떤 적절한 방식으로도 수행될 수 있다. 그 예로, 톨루엔 또는 에틸 아세테이트를 단독으로 또는 혼합으로 포함하는 용매에 기본 폴리머 또는 이들의 조성물을 용해 또는 분산시켜, 10 내지 40 중량 %의 접착제를 포함하는 점착성 접착 용액을 얻고, 상기 용액은 그 후 주조 또는 코팅과 같은 적절한 전개 방법에 의해 상기 기판 또는 액정 필름에 직접 부설하거나 또는 대안적으로, 상기 방법에 따라 분리기에서 접착제 층을 형성하여 액정 층에 전사시킨다. 점착성 접착제층은, 천연 또는 합성 수지, 특히 점성 부여 수지, 유리 섬유, 유리 구슬, 금속 가루 및 기타 무기 분말을 포함하는 충전제 또는 안료, 착색제, 산화 방지제와 같은 첨가제를 함유할 수 있다. 점착성 접착제층은 미립자를 함유하여 빛의 확산성을 나타낼 수 있다.
각 광학 이방성 층을 접착제층을 통해 다른 광학 이방성 층에 붙일 때, 이들에 표면 처리하여 점착성 점착제 층에 대한 접착을 향상시킬 수 있다. 표면 처리 방법은 특별히 제한되지 않는다. 액정 필름 표면의 투명성을 유지할 수 있는, 코로나 방전, 스퍼터링, 저압 UV 조사 또는 플라즈마 처리와 같은 표면 처리법이 적합하게 채택될 수 있다. 이러한 표면 처리법 중에서도, 코로나 방전 처리가 양호하다.
실시예
다음 실시예에 의해 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 실시예에서 사용한 각 분석 방법은 다음과 같다.
(1) 1H - NMR 측정
화합물을 중수소화 클로로포름에 용해시키고 400MHz에서 1H - NMR(Varinat Co.에서 제조한 INOVA - 400)로 측정했다.
(2) GPC 측정
화합물을 테트라히드로퓨란에 용해하여, TSK - GEL, Super H1000, Super H2000, Super H3000, Super H4000이 일련으로 연결된, TOSOH CORPORATION에서 제조한 8020 GPC 시스템, 및 용출 용매로 테트라히드로퓨란을 사용하여 측정하였다. 폴리스티렌은 분자량 측정의 기준으로 사용되었다.
(3) 현미경 관찰
Olympus BH2 편광 현미경으로 액정의 배향 상태를 관찰했다.
(4) 필름 두께 측정법
SLOAN Co.에서 제조된 SURFACE TEXTURE ANALYSIS SYSTEM Dektak 3030ST를 사용하여 필름 두게를 특정했다. 간섭파 측정(JASCO Corporation에서 구입 가능한 "자외선 가시 근적외 분광 광도계 V - 570")와 굴절률의 데이터로부터 두께를 측정했다.
(5) 액정 필름 파라미터 측정
Oji Scientific Instruments에서 제조된 자동 복굴절 분석기 KOBRA21ADH을 사용하여 측정했다.
[추천 예 1]
(편광 제조)
폴리비닐 알콜 필름을 온수 중에 침지시켜 팽윤시킨 후, 요오드/요오드 칼륨 수용액에서 염색시키고, 붕산 수용액에서 단축 연신 처리하여 분광 광도계로 편광을 얻었다. 편광자의 단일 투과율, 평형 투과율, 및 직교 투과율의 결과, 투과율 및 편광도는 각각 43.5% 및 99.9%으로 밝혀졌다.
[추천 예 2]
아래 식(8)로 표시되는 액정 폴리머를 합성했다. 분자량은 폴리스티렌으로 환산했을 때, Mn = 8000 및 Mw = 15000였다. 식(8)의 표시는 블록 공중합체를 의미하는 것이 아닌, 모노머의 구성비를 나타내는 것이다.
Figure pct00006
식(8)의 폴리머 1.0g에 9ml의 사이클로헥사논을 녹여, 어두운 장소에서 트리아릴술포늄 헥사플루오로안티모네이트의 50%인 프로필렌 카보네이트 용액(Aldrich Co.에서 제조된 시약) 0.1g을 가한 후, 구멍 직경 0.45μm의 폴리테트라플루오로에틸렌 여과기로 불용성물질을 여과하여 액정 재료의 용액을 제조했다.
배향 기판은 다음과 같이하여 제조되었다. 두께 38μm의 폴리에틸렌 나프탈레이트 필름(TEIJIN LIMITED에서 제조)을 15cm 평방의 크기로 잘라, 알킬 변형된 폴리비닐 알콜(PVA : KURARAY Co., LTD.에서 제조된 MP - 203) 5질량%의 용액(용매는 물과 이소프로필 알콜의 질량비 1:1의 혼합 용매)를 스핀 코팅하였다. 코팅된 필름은 50℃의 핫플레이트에서 30분 동안 건조되었고, 120℃의 오븐에서 10 분간 가열하였다. PVA 층은 레이온 천으로 러빙했다. 얻어진 PVA 층의 두께는 1.2μm이었다. 러빙 주기 속도 비율(러빙 천의 이동 속도 / 기판 필름의 이동 속도)는 4로 했다.
이렇게 얻은 배향 기판 위의 액정 재료 용액을 스핀 코팅했다. 상기 코팅된 배향 기판을 60℃의 핫플레이트에서 10분 동안 건조하고 150℃의 오븐에서 2 분간 열처리하여 액정 재료 배향시켰다. 기판을 60℃로 가열한 알루미늄 플레이트에 놓고, 시료를 밀착시켜 놓고 그 위에, 고압 수은 램프를 사용하여 600mJ/cm2의 자외선(365nm에서 측정)을 조사하여, 액정 재료를 경화시킨다.
기판으로 이용한 폴리에틸렌 나프탈레이트 필름이 큰 복굴절을 가지고, 광학용 필름으로 바람직하지 않기 때문에, 주어진 배향 기판의 액정성 필름은 자외선 경화용 접착제를 통해 트리아세틸셀룰로오스(TAC) 필름에 전사되었다. 더욱 구체적으로, 폴리에틸렌 나프탈레이트 필름의 경화된 액정 재료 층에 접착제를 5μm 두께가 되도록 코팅하고, TAC 필름을 적층시킨다. TAC 필름 측에서부터 자외선을 조사하여 접착제를 경화시킨 후, 폴리에틸렌 나프탈레이트 필름 및 PVA 층을 박리했다.
결과 광학 필름(액정 층 / 접착제 층 / TAC 필름)을 편광 현미경으로 관찰하면, 디스클리네이션(disclination) 없이 모노도메인 동등한 배향된 상태에서 필름이 배향되는 것을 확실히 했다. 편광기를 통해 광학 필름을 관찰한 결과, 배향은 양의 단축 반사 구조를 갖는 호메오트로픽 배향이라는 것을 확실히 했다. KOBRA21ADH를 이용하여 측정한 결과, TAC 필름과 액정 층의 조합은 면 내 방향 위상차는 0.5nm 및 두께 방향의 위상차는 -195nm인 것으로 밝혀졌다. TAC 필름 자체는 음의 단축성 및 면에서 위상차가 0.5nm이고, 두께 방향의 위상차는 +35nm이었다. 따라서, 액정 층 자체가 위상차에 있어, Re가 0nm, Rth이 -230nm를 갖는 것으로 추정되었다. 실시예 1 이하에서는, 광학 필름이 다른 기재에 붙어있을 때, TAC 필름은 제거되었고, 호메오트로픽 배향 액정 층만을 사용했다. 또한 호메오트로픽 배향 액정 층의 두께는 1.3μm이었다.
상기 호메오트로픽 배향 액정 층은 제 2 광학 이방성 층에 해당한다.
[실시예 1]
타원 편광자의 구조를 도면 1을 사용하여 설명한다.
추천 실시예 1에서 제조된 편광자의 한 면에 폴리비닐 알콜 접착제를 통해 두께 40μm, 전면 위상차 6nm, 및 두께 방향의 위상차 60nm의 트리아세틸 셀룰로오스(TAC) 필름 2를 접착하여 투명 보호 층을 형성했다. 폴리비닐 알콜계 접착제를 통해 롤투롤 적층시킴으로써, 단축 연신에 의해 롤의 폭 방향으로 느린 축을 갖는 제 1 광학 이방성 층 3(ZEON CORPORATION에서 제조된 ZEONOR)을 롤의 긴 방향으로 흡수 축을 갖는 편광자의 다른 면에 부착시켜, 흡수 축이 느린 축과 직교되게 한다. 제 1 광학 이방성 층 3 위에 추천 예 2로 제작한 제 2 광학 이방성 층 4를 아크릴계 점착성 점착제를 통해 적층시켰다. 제 2 광학성 이방성 층 4 위에 제 3 광학 이방성 층 5(ZEON CORPORATION에서 제조한 ZEONOR)를 아크릴계 점착성 점착제를 통해 적층시켜, 타원 편광자를 얻었다. 결과 타원 편광자의 두께는 231μm였다. 제 1 광학 이방성 층 3의 Re1은 100nm, Rth1는 90nm의 위상차를 보인다. 제 3 광학 이방성 층 5의 Re3은 137.5nm, Rth3는 210nm의 위상 차이를 나타낸다.
[실시예 2]
본 실시예 2의 수직 배향형 액정 표시 장치는 도 2 및 3을 사용하여 설명될 것이다.
투과율이 높은 ITO 층으로 형성된 투명 전극 8이 기판 7 상에 형성되었고, 대항 전극 10은 기판 9에 형성되었다. 투명 전극 8과 대항 전극 10 사이에 음의 유전율 이방성을 나타내는 액정 재료로 만들어진 액정 층 11가 있었다.
액정 층 11 및 투명 전극 8사이와 대항 전극 10이 접촉하는 면에, 수직 배향성이 있는 배향 층(나타나지 않음)이 형성되고, 코팅된 후 러빙과 같은 배향 처리를 적어도 하나 실시한다.
액정 층 11에서 액정 분자는, 배향 층 상의 러빙과 같은 배향 처리로 인해, 기판 표면의 수직 방향에 대해 1도의 기울기 각도를 가졌다.
액정 층 11에는 음의 유전율 이방성을 나타내는 액정 재료가 이용되고 있기 때문에, 투명 전극 8과 대항 전극 10 사이에 전압을 가하면 액정 분자가 기판 표면에 평행 방향으로 기운다 .
액정 층 11 액정 재료로, Ne(이상광에 대한 굴절률)=1.561, No(정상광에 대한 굴절률)=1.478, 및 △N(Ne-No)=0.083의 굴절률 이방성을 가지는 액정 재료를 이용했고 셀 간격은 4.7μm로 했다.
수직 배향 액정 셀 12의 표시면 쪽(도면 위쪽)에 실시예 1에서 제조된 타원 편광자를 배치했다. 수직 배향형 액정 셀 12의 후면(도면 하단) 아래에 직선 편광자 13(두께: 약 105μm, Sumitomo Chemical Co., Ltd.에서 제조한 SQW - 062)을 배치했다. 아래쪽 직선 편광자 13과 액정 셀 12 사이에 제 4 광학 이방성 층 14(ZEON CORPORATION에서 제조된 ZEONOR)를 배치했다. 선형 편광자(Sumitomo Chemical Co., Ltd.에서 제조한 SQW-062)의 지지 기판으로 사용되는 트리아세틸 셀룰로오스의 Rth는 35nm이었다.
도면 3에서 화살표로 나타나는 편광자 1 및 선형 편광자 13의 흡수 축 방향은 각각 면 내에서 90도, 0도로 설정했다. 제 1 광학 이방성 층 3은 면에 광축이 있고 음의 이축 광학 이방성을 갖는 광학 소자로 형성되었다. 도면 3에서 화살표로 나타나는 제 1 광학 이방성 층 3의 느린 축 방향을 0도로 설정하고, 층 3은 면 내 Re1에서 100nm, Rth1에서 90nm의 위상차를 나타낸다.
제 3 및 제 4 광학 이방성 층 5, 14는 각각 면에 광축이 있고 음의 이축 광학 이방성을 갖는 광학 소자로 형성되어있다. 도면 3에서 화살표로 나타내는 제 3과 제 4 광학 이방성 층 5, 14의 느린 축 방향은 각각 45도, 및 135도로 설정되어 있고, 층 5, 14는 Re3 및 Re4이 137.5nm의 위상 차이를, Rth3 및 Rth4는 210nm의 위상 차이를 나타낸다.
호메오트로픽 배향 액정 필름으로 형성된 제 2 광학 이방성 층 4는, Re2가 0nm, Rth2이 -230nm의 위상차를 나타낸다.
도면 4는 흑색 화상 0V와 백색 화상 5V의 투과 비율 "(백색 화상) /(흑색 화상)"로 정의되는, 전방위로부터의 명암비를 보여준다. 대비 등고선이 안쪽부터 500, 200, 100 및 50을 나타낸다. 동심원은 중심으로부터 10도 간격의 각도를 나타낸다. 따라서 가장 외곽의 원은 80도를 나타낸다(그 다음의 도면에도 동일하게 적용).
[실시예 3]
실시예 3의 수직 배향형 액정 표시 장치는 도면 5 및 6을 사용하여 설명될 것이다.
실시예 2의 수직 배향 액정 셀 12 및 제 4 광학 이방성 층 14 사이에, 제 5 광학 이방성 층 15(JSR에서 제조된 ARTON)를 배치하고 제 3 및 제 4 광학 이방 가능 층 5, 14의 위상차를 Re3 및 Re4을 137.5nm, Rth3 및 Rth4을 145nm로 하는 것을 제외하고는 실시예 2 절차에 따라 수직 배향형 액정 표시 장치를 제조하였다. 제 5 광학 이방성 층 15는 위상차 Re5 값을 0으로, 위상차 Rth5 값을 120nm으로 갖는다.
도면 7은 흑색 화상 0V, 백색 화상 5V의 투과율 비율 "(백색 화상) /(검정 표시)"로 정의되는, 전방위에서의 명암비를 보여준다.
[실시예 4]
아래에 서술되는 반사투과형의 수직 배향형 액정 표시 장치를 제작한 것을 제외하고는 실시예 2 절차와 마찬가지로 반사투과형 수직 배향형 액정 표시 장치를 제작했다.
반사투과형 수직 배향형 액정 표시 장치는 도면 8 및 도면 9를 사용하여 설명한다.
반사율이 높은, AI 층으로 형성된 반사 전극 16과 ITO 층으로 이루어진 투과율이 높은 투명 전극 8이 기판 7에 설치되고, 기판 9에 대항 전극 10이 설치되었다. 반사 전극 16과 투명 전극 8, 및 대항 전극 10 사이에 음의 유전율 이방성을 나타내는 액정 재료로 구성된 액정 층 11 끼워졌다.
반사 전극 16, 투명 전극 8과 대항 전극 10과 액정 층 11과 접하는 표면에 각각 수직 배향성이 있는 배향 층(나타나지 않음)이 형성되고, 코팅 후 러빙과 같은 배향처리를 적어도 하나 수행한다.
액정 층 11에서 액정 분자는 수직 배향성이 있는 배향 층에 대한 러빙과 같은 배향 처리에 의해, 기판 표면의 수직 방향에 대하여 1도의 기울기 각도를 가졌다.
액정 층 11에는 음의 유전율 이방성을 나타내는 액정 재료가 이용되고 있기 때문에, 반사 전극 16, 투명 전극 8과 대항 전극 10 사이에 전압을 가하면 액정 분자가 기판 표면에 평행 방향 쪽으로 기울었다.
액정 층 11의 액정 재료는 실시예 2에 사용된 것과 같은 재료를 이용했다. 반사 전극 부분 및 투명 전극 부분의 셀 간격은 각각 2.4μm 및 4.7μm이었다.
제 3과 제 4 광학 이방성 층 5, 14의 느린 축 방향을 각각 45도, 135도로 설정했다. 제 3과 제4의 광학 이방성 층 5, 14는 실시예 2와 동일하게, 위상차를 Re3 및 Re4을 137.5nm으로, Rth3 및 Rth4을 210nm으로 가졌다.
도면 10은 흑색 화상 0V, 백색 화상 5V의 투과율 비율 "(백색 화상) /(흑색 화상)"을 명암비로 전방위에서 명암비를 보여준다
[비교예 1]
본 비교예 1에서 사용된 수직 배향형 액정 표시 장치는 도면 11 및 도면 12를 이용해 설명한다. 실시예 2에서 이용한 셀과 동일한 수직 배향 액정 셀 12의 표시 면 위쪽(도면 위쪽)에, 직선 편광자 20(두께: 약 105μm Sumitomo Chemical에서 제조된 SQW - 062)을 배치했다. 위쪽 직선 편광자 20 및 액정 셀 12 사이에, 세로 단축 연신에 의해 제작된 양의 단축 광학 이방성 층 18(ZEON CORPORATION에서 제조된 ZEONOR), 추천예 2에서 제작한 호메오트로픽 배향 액정 필름으로 형성되는 제 2 광학 이방성 층 4, 및 제 3 광학 이방성 층 5(ZEON CORPORATION에서 제조된 ZEONOR)을 배치했다. 수직 배향 액정 셀 12의 후면(도면의 하단)에 직선 편광자 13(두께: 약 105μm, Sumitomo Chemical Co., Ltd.에서 제조된 SQW - 062)을 배치했다. 아래쪽 직선 편광자 13과 액정 셀 12 사이에 제 4 광학 이방성 층 14(ZEON CORPORATION에서 제조된 ZEONOR)를 배치했다. 선형 편광자(Sumitomo Chemical Co., Ltd.에서 제조된 SQW - 062)의 지지 기판으로 사용되는 트리아세틸 셀룰로오스의 Rth는 35nm였다. 수직 배향 액정 셀 12의 표시 면 위쪽에 배치된 타원형 편광자의 두께는 286μm였다.
도면 12에 화살표로 표시된, 편광자 1 및 선형 편광자 13의 흡수 축 방향은 각각 면 내에서 90도 및 0도로 설정했다. 양의 단축 광학 이방성 층 18은 면에 광학 축이 있고 양의 단축 광학 이방성이 있는 광학 소자로 형성되었다. 도면 12에 화살표로 표시된, 양의 단축 광학 이방성 층 18의 느린 축 방향을 0도 설정하고, 면 위상차 Re을 120nm 및 두께 위상차 Rth를 60nm로 가졌다.
제 3 및 제 4 광학 이방성 층 5, 14는 각각 면에 광축이 있고 음의 단축이 광학 이방성을 갖는 광학 소자로 형성되었다. 도면 12에서 화살표로 나타내는 제 3과 제 4 광학 이방성 층 5, 14의 느린 축 방향은 각각 45도 및 135도로 설정했으며, 위상차 Re3 및 Re4을 137.5nm으로, 위상차 Rth3 및 Rth4는 210nm으로 가졌다.
호메오트로픽 배향 액정 필름으로 형성되는 제 2 광학 이방성 층 4은 위상차 Re2를 0nm으로, 위상차 Rth2을 -230nm로 가졌다.
도면 13은 흑색 화상 0V, 백색 화상 5V의 투과율 비율 "(백색 화상) /(흑색 화상)"을 명암비로 전방위에서 명암비를 보여주었다.
도면 4, 도면 7 도면 13에 나타난 전방위에서의 대비 곡선을 비교하여 보면, 거의 동일한 정도의 시야각 특성을 가진 것을 알 수 있었다.
그러나, 실시예 1에서 제작한 타원 편광자(두께 231μm)를 비교하면, 도면 11의 수직 배향 액정 셀 12 위쪽에 적층 배치된 전체의 두께는 286μm이고, 따라서 타원 편광자 보다 두꺼웠다. 이는 세로의 단축을 연신하여 제작한 양의 단축 이방성 층 18이 롤투롤 방법으로 편광자과 적층되어, 편광자의 흡수 축 양의 단축 이방성 층 18의 느린 축과 직교가 될 수 없기 때문에, 편광자 및 양의 단축 이방성 층 사이에 배열되어 편광자를 보호하는 투명 보호층 19의 두께가 두꺼워진다.
1 : 편광자
2 : 투명 보호층
3 : 제 1 광학 이방성 층
4 : 제 2 광학 이방성 층
5 : 제 3 광학 이방성 층
6 : 타원 편광자
7 : 기판
8 : 투명 전극
9 : 기판
10 : 대항 전극
11 : 액정 층(수직 배향)
12 : 수직 배향 액정 셀
13 : 선형 편광자
14 : 제 4 광학 이방성 층
15 : 제 5 광학 이방성 층
16 : 반사 전극
17 : 반사투과형 수직 배향 액정 셀
18 : 양의 단축 광학 이방성 층
19 : 투명 보호층
20 : 직선 편광자

Claims (21)

  1. 적어도, 차례로 적층된 제 1 편광자, 제 1 광학 이방성 층, 제 2 광학 이방성 층 및 제 3 광학 이방성 층을 포함하는 타원 편광자로서,
    여기서 제 1 광학 이방성 층이 다음 조건 [1] 내지 [3]을 만족시키며:
    [1] 50 ≤ Re1 ≤ 500
    [2] 30 ≤ Rth1 ≤ 750
    [3] 0.6 ≤ Rth1/Re1 ≤ 1.5
    여기서 Re1 및 Rth1은 각각 제 1 광학 이방성 층의 면 내 및 두께 방향의 위상차 값을 의미하고, 각각 Re1 =(nx1 - ny1) × d1 [nm] 및 Rth1 = {(nx1 + ny1) / 2 - nz1} × d1 [nm]로 정의되며, 여기서 d1은 제 1 광학 이방성 층의 두께, nx1 및 ny1는 파장 550nm의 빛에 대한 제 1 광학 이방성 층의 면 내 주요 굴절률, nz1는 파장 550nm의 빛에 대한 제 1 광학 이방성 층의 두께 방향의 주요 굴절률를 의미하는 것이고, nx1> ny1≥ nz1이며;
    상기 제 2 광학 이방성 층이 다음 조건 [4] 및 [5]을 만족시키고:
    [4] 0 ≤ Re2 ≤ 20
    [5] -500 ≤ Rth2 ≤ -30
    여기서 Re2 및 Rth2은 각각 제 2 광학 이방성 층의 면 내 및 두께 방향의 위상차 값을 의미하며, 각각 Re2 =(nx2 - ny2) × d2 [nm] 및 Rth2 = {(nx2 + ny2) / 2 - nz2} × d2 [nm]이고, 여기서 d2는 제 2 광학 이방성 층의 두께, nx2 및 ny2는 파장 550nm의 빛에 대한 제 2 광학 이방성 층의 면 내 주요 굴절률, nz2는 파장 550nm의 빛에 대한 제 2 광학 이방성 층의 두께 방향의 주요 굴절률을 의미하는 것이며, nz2> nx2 ≥ ny2이고;
    상기 제 3 광학 이방성 층이 다음 조건 [6] 내지 [8]을 만족시키며:
    [6] 100 ≤ Re3 ≤ 180
    [7] 50 ≤ Rth3 ≤ 600
    [8] 0.5 ≤ Rth3/Re3 ≤ 3.5
    여기서 Re3 및 Rth3은 각각 제 3 광학 이방성 층의 면 내 및 두께 방향의 위상차 값을 의미하고, 각각 Re3 =(nx3 - ny3) × d3 [nm] 및 Rth3 = {(nx3 + ny3) / 2 - nz3} × d3 [nm]이며, 여기서 d3는 제 3 광학 이방성 층의 두께, nx3 및 ny3는 파장 550nm의 빛에 대한 제 3 광학 이방성 층의 면 내 주요 굴절률, nz3는 파장 550nm의 빛에 대한 제 3 광학 이방성 층의 두께 방향의 주로 굴절률을 의미하는 것이고, nx3> ny3 ≥ nz3인 것
    을 특징으로 하는, 타원 편광자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제 2 광학 이방성 층이, 양의 단축성을 나타내는 액정성 조성물을, 액정 상태에서 호메오트로픽 배향시키는 동안, 배향 및 고정화하여 제조된 호메오트로픽 배향 액정 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는, 타원 편광자.
  3. 제2항에 있어서, 양의 단축성을 나타내는 액정성 조성물이 옥세타닐기를 갖는 측쇄 액정 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 타원 편광자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제 1 및 제 3 광학 이방성 층이 각각 폴리카보네이트 또는 고리형 폴리올레핀을 포함하는 것을 특징으로 하는, 타원 편광자.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 3 광학 이방성 층이 다음 조건 [12]를 추가로 만족시키고:
    [12] 0.7 ≤ Re3(450) / Re3(590) ≤ 1.05
    여기서 Re3(450) 및 Re3(590)는 파장 450nm 및 590nm의 빛에 대한 제 3 광학 이방성 층의 면 내 위상차 값을 의미하는 것
    을 특징으로 하는, 타원 편광자.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 편광자의 흡수 축과 상기 제 1 광학 이방성 층의 느린 축이 이루는 각도를 "r"로 정의할 때, 80°≤ r ≤ 100°을 충족시키도록 제 1 편광자 및 제 1 광학 이방성 층이 적층되는 것을 특징으로하는, 타원 편광자.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 편광자의 흡수 축과 상기 제 3 광학 이방성 층의 느린 축이 이루는 각을 "p"라고 정의할 때, p가 40°≤ p ≤ 50°를 충족시키는 것을 특징으로 하는, 타원 편광자.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 광학 이방성 층이 상기 제 1 편광자의 보호층으로도 작용하는 것을 특징으로 하는, 타원 편광자.
  9. 수직 배향형 액정 표시 장치로서, 적어도, 차례대로 배치된, 제 1 편광자, 제 1 광학 이방성 층, 제 2 광학 이방성 층, 제 3 광학 이방성 층, 각각 전극을 갖춘 한 쌍의 기판 및 이들 사이에 배치된, 전압이 없을 때 기판에 수직으로 배향되는 액정 분자를 포함하는 수직 배향 액정 셀, 제 4 광학 이방성 층, 및 제 2 편광자를 포함하고,
    여기서 상기 제 1 광학 이방성 층이 다음 조건 [1] 내지 [3]을 만족시키고:
    [1] 50 ≤ Re1 ≤ 500
    [2] 30 ≤ Rth1 ≤ 750
    [3] 0.6 ≤ Rth1/Re1 ≤ 1.5
    여기서 Re1 및 Rth1은 각각 제 1 광학 이방성 층의 면 내 및 두께 방향의 위상차 값을 의미하며, 각각 Re1 =(nx1 - ny1) × d1 [nm], Rth1 = {(nx1 + ny1) / 2 - nz1} × d1 [nm]이고, 여기서 d1은 제 1 광학 이방성 층의 두께, nx1 및 ny1는 파장 550nm의 빛에 대한 제 1 광학 이방성 층의 면 내 주요 굴절률, nz1는 파장 550nm의 빛에 대한 제 1 광학 이방성 층의 두께 방향의 주요 굴절률을 의미하며, nx1> ny1≥ nz1이고,
    상기 제 2 광학 이방성 층이 다음 조건 [4] 및 [5]을 만족시키며:
    [4] 0 ≤ Re2 ≤ 20
    [5] -500 ≤ Rth2 ≤ -30
    여기서 Re2 및 Rth2은 각각 제 2 광학 이방성 층의 면 내 및 두께 방향의 위상차 값을 의미하고, 각각 Re2 =(nx2 - ny2) × d2 [nm] 및 Rth2 = {(nx2 + ny2) / 2 - nz2} × d2 [nm]이며, 여기서 d2는 제 2 광학 이방성 층의 두께, nx2 및 ny2는 파장 550nm의 빛에 대한 제 2 광학 이방성 층의 면 내 주요 굴절률, nz2는 파장 550nm의 빛에 대한 제 2 광학 이방성 층의 두께 방향의 주요 굴절률을 의미하는 것이고 nz2> nx2 ≥ ny2이며;
    상기 제 3 광학 이방성 층이 다음 조건 [6] 내지 [8]을 만족시키고:
    [6] 100 ≤ Re3 ≤ 180
    [7] 50 ≤ Rth3 ≤ 600
    [8] 0.5 ≤ Rth3/Re3 ≤ 3.5
    여기서 Re3 및 Rth3은 각각 제 3 광학 이방성 층의 면 내 및 두께 방향의 위상차 값을 의미하며, 각각 Re3 =(nx3 - ny3) × d3 [nm] 및 Rth3 = {(nx3 + ny3) / 2 - nz3} × d3 [nm]이고, 여기서 d3는 제 3 광학 이방성 층의 두께, nx3 및 ny3는 파장 550nm의 빛에 대한 제 3 광학 이방성 층의 면 내 주요 굴절률, nz3는 파장 550nm의 빛에 대한 제 3 광학 이방성 층의 두께 방향의 주요 굴절률을 의미하는 것이며, nx3> ny3 ≥ nz3이고;
    상기 제 4 광학 이방성 층이 다음 조건 [9] 내지 [11]을 만족시키며:
    [9] 100 ≤ Re4 ≤ 180
    [10] 50 ≤ Rth4 ≤ 600
    [11] 0.5 ≤ Rth4/Re4 ≤ 3.5
    여기서 Re4 및 Rth4은 각각 제 4 광학 이방성 층의 면 내 및 두께 방향의 위상차 값을 의미하고, 각각 Re4 =(nx4 - ny4) × d4 [nm] 및 Rth4 = {(nx4 + ny4) / 2 - nz4} × d4 [nm]이며, 여기서 d4는 제 4 광학 이방성 층의 두께, nx4 및 ny4는 파장 550nm의 빛에 대한 제 4 광학 이방성 층의 면 내 주요 굴절률, nz4는 파장 550nm의 빛에 대한 제 4 광학 이방성 층의 두께 방향의 주요 굴절률을 의미하는 것이고, nx4> ny4 ≥ nz4인 것
    을 특징으로 하는, 수직 배향형 액정 표시 장치.
  10. 제9항에 있어서, 수직 배향 액정 셀 및 제 4 광학 이방성 층 사이에 배열된, 다음 조건 [13] 및 [14]을 만족하는 제 5 광학 이방성 층을 추가로 포함하고,
    [13] 0 ≤ Re5 ≤ 20
    [14] 100 ≤ Rth5 ≤ 400
    여기서 Re5 및 Rth5는 각각 제 5 광학 이방성 층의 면 내 및 두께 방향의 위상차 값을 의미하며, 각각 Re5 =(nx5 - ny5) × d5 [nm] 및 Rth5 = {(nx5 + ny5) / 2 - nz5} × d5 [nm]이고, 여기서 d5는 제 5 광학 이방성 층의 두께, nx5 및 ny5는 파장 550nm의 빛에 대한 제 5 광학 이방성 층의 면 내 주요 굴절률, nz5는 파장 550nm의 빛에 대한 제 5 광학 이방성 층의 두께 방향의 주요 굴절률을 의미하는 것이며, nx5 ≥ ny5> nz5인 것
    을 특징으로 하는, 수직 배향형 액정 표시 장치.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 제 2 광학 이방성 층이 양의 단축성을 나타내는 액정성 조성물을, 액정 상태에서 호메오트로픽 배향시키는 동안, 배향 및 고정화하여 제조된 호메오트로픽 배향 액정 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는, 수직 배향형 액정 표시 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 양의 단축성을 나타내는 액정성 조성물이 옥세타닐기를 갖는 측쇄 액정 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 수직 배향형 액정 표시 장치.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1, 제 3 및 제 4 광학 이방성 층이 각각 폴리카보네이트 또는 고리형 폴리올레핀을 포함하는 것을 특징으로 하는, 수직 배향형 액정 표시 장치.
  14. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 3 광학 이방성 층이 다음 조건 [12]을 더욱 만족시키고:
    [12] 0.7 ≤ Re3(450) / Re3(590) ≤ 1.05
    여기서 Re3(450) 및 Re3(590)는 각각 파장 450nm 및 590nm의 빛에 대한 제 3 광학 이방성 층의 면 내 위상차 값을 의미하는 것
    을 특징으로 하는, 수직 배향형 액정 표시 장치.
  15. 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 4 광학 이방성 층이 다음 조건 [15]을 더욱 만족시키고:
    [15] 0.7 ≤ Re4(450) / Re4(590) ≤ 1.05
    여기서, Re4(450) 및 Re4(590)는 각각 파장 450nm 및 590nm의 빛에 대한 제 4 광학 이방성 층의 면 내 위상차 값을 의미하는 것
    을 특징으로 하는, 수직 배향형 액정 표시 장치.
  16. 제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 5 광학 이방성 층이, 액정 화합물류, 트리아세틸 셀룰로오스, 고리형 폴리올레핀류, 폴리올레핀류, 폴리아미드류, 폴리이미드류, 폴리에스테르류, 폴리에테르 케톤류, 폴리아릴에테르 케톤류, 폴리아미드 이미드류, 및 폴리에스테르 이미드류로 구성된 군으로부터 선택된, 적어도 1 종의 재료로 형성된 층인 것을 특징으로 하는, 수직 배향형 액정 표시 장치.
  17. 제9항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 편광자의 흡수 축과 상기 제 1 광학 이방성 층의 느린 축이 이루는 각도를 "r"으로 정의할 때, 제 1 편광자 및 제 3항 광학 이방성 층이 80°≤ r ≤ 100°를 만족시키도록 적층되는 것을 특징으로 하는, 수직 배향형 액정 표시 장치.
  18. 제9항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 3 광학 이방성 층과 상기 제 4 광학 이방성 층이, 이들의 느린 축이 이루는 각도가 80° 내지 100°가 되도록 적층되는 것을 특징으로 하는, 수직 배향형 액정 표시 장치.
  19. 제9항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 편광자의 흡수 축과 상기 제 3 광학 이방성 층의 느린 축이 이루는 각을 "p"로 정의하고, 상기 제 2 편광자의 흡수 축과 상기 제 4 광학 이방성 층의 느린 축이 이루는 각도를 "q"라 정의할 때, p는 40°≤ p ≤ 50°를, q는 40°≤ q ≤ 50°를 충족시키는 것을 특징으로 하는, 수직 배향형 액정 표시 장치.
  20. 제9항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 광학 이방성 층이 상기 제 1 편광자의 보호 층으로도 작용하는 것을 특징으로 하는, 수직 배향형 액정 표시 장치.
  21. 제9항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수직 배향형 액정 셀의 기판 쌍 중 한 쪽이 반사 기능이 있는 영역과 투과 기능이 있는 영역을 갖는 기판인 것을 특징으로 하는, 수직 배향형 액정 표시 장치 .
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