KR20110077736A - 고휘도 편광시트, 그를 적용한 액정디스플레이 패널후면용 편광필름 및 그를 구비한 액정디스플레이 - Google Patents

고휘도 편광시트, 그를 적용한 액정디스플레이 패널후면용 편광필름 및 그를 구비한 액정디스플레이 Download PDF

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KR20110077736A KR1020090134384A KR20090134384A KR20110077736A KR 20110077736 A KR20110077736 A KR 20110077736A KR 1020090134384 A KR1020090134384 A KR 1020090134384A KR 20090134384 A KR20090134384 A KR 20090134384A KR 20110077736 A KR20110077736 A KR 20110077736A
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김진수
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유상현
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Abstract

본 발명은 요오드 또는 이색성 염료를 함유시켜 연신한 해도사로 이루어진 흡수형 편광필름층과 복굴절성 해도사로 이루어진 반사형 섬유편광필름층이 일체화된 고휘도 편광시트, 그를 적용한 LCD 패널후면용 편광필름 및 그를 구비한 액정디스플레이에 관한 것이다.
본 발명은 흡수형 편광필름층에 중합 방사 후 제직된 해도사에 종래 흡수형 편광부재인 요오드 또는 이색성 염료를 함유시키고, 복굴절성 해도사로 이루어진 반사형 섬유편광필름층을 라미네이팅 기법으로 일체화시켜 편광시트를 제공함으로써, 박막제조에 유리하고, 상기 요오드 또는 이색성 염료에 의해 고편광 효율을 유지하면서도, 상기 복굴절성 해도사에 의해 입사광의 손실없이 리사이클링하여 고휘도를 구현할 수 있다. 나아가, 본 발명은 종래 고가의 상용필름제품과 대체 가능하므로, 가격경쟁력을 갖춘 편광시트를 적용한 LCD 패널후면용 편광필름을 제공하여, 고편광 및 고휘도 효율을 구현하는 액정디스플레이를 제공할 수 있다.
복굴절성 해도사, 흡수형 편광필름층, 반사형 섬유편광필름층, 편광필름

Description

고휘도 편광시트, 그를 적용한 액정디스플레이 패널후면용 편광필름 및 그를 구비한 액정디스플레이{HIGH LUMINANCE POLARIZING SHEET, POLARIZING FILM FOR REAR PANEL OF LCD WITH THEM AND LCD HAVING THE SAME}
본 발명은 고휘도 편광시트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 요오드 또는 이색성 염료를 함유시켜 연신한 해도사로 이루어진 흡수형 편광필름층과 복굴절성 해도사로 이루어진 반사형 섬유편광필름층을 일체화시킴으로써, 고휘도를 구현하고, 생산성을 향상시킨 고휘도 편광시트, 그를 적용한 LCD 패널후면용 편광필름 및 그를 구비한 액정디스플레이에 관한 것이다.
LCD BLU용 필름을 주요 기능으로 분류하면, 확산, 반사, 휘도 향상의 세 가지 기능으로 나눌 수 있고, 휘도 향상의 경우, 프리즘(집광) 및 반사형 편광으로 다시 분류할 수 있다.
이때, LCD에 사용되고 있는 광학필름은 여러 가지가 있으나, 특히 편광필름은 LCD 모듈의 휘도(밝기)를 높이기 위한 필수적인 핵심 소재로서, 고편광도, 고투과율, 색상 개량, 내열성, 내광성 등의 특성을 향상시키고자 활발히 개발진행 중에 있다. 또한, 현재까지 고휘도 편광필름은 미국 3M사의 이중휘도향상필름(DBEF)이 시장을 독점하고 있는 상황에서, 고가의 상용필름제품과 대체 가능할 수 있는 필름개발이 절실하다.
일반적으로, 반사형 편광필름은 굴절율이 다른 여러 층을 적층하는 방식 등으로 제조되며, 편광의 선형성 부족 등으로 인해 편광필름보다는 LCD등 디스플레이의 광원으로부터의 빛을 최대한 활용하기 위한 휘도향상 용도로 사용되고 있다. 이때, 여러 층을 적층하는 방식이 적용됨에 따라 필름의 박막화 구현이 어렵고, 가격상승의 원인이 된다.
이에, 미국 3M사의 이중휘도향상필름(DBEF) 역시 다층 필름형태인 점으로부터 착안하여, 최근 국내 광학 필름 제조분야에서는 상기 DBEF 필름을 대체하기 위한 노력으로 나노 와이어 그리드 형태의 편광 필름(Nano-wire grid polarizer)과 콜레스트릭 액정 형태의 편광필름(cholesteric liquid crystal polarizer) 등의 기술을 이용한 새로운 반사형 편광필름 개발이 진행되고 있다.
일반적으로, 반사형 편광필름은 입사광 성분 중, 한쪽 성분(P)은 통과하고, 나머지 한쪽 성분(S)은 반사시켜 하부의 시트 등에서 반사가 일어나 다시 입사(P)하는 과정을 반복하도록 하는 리사이클링(polarizing recycling) 원리에 따라, 편광기능 및 투과광의 휘도를 향상시킬 수 있다. 상기 반사형 편광필름은 편광기술을 응용해 특정 빛은 내보내고, 특정 빛은 연속적으로 반사시켜, 이론적으로 빛의 손실 없이 입사광을 100% 리사이클링할 수 있기 때문에 흡수형 편광필름보다 우수한 광효율을 가질 수 있다.
대표적인 흡수형 편광필름으로는 PVA-요오드계 편광필름 또는 PVA-염료계 편광필름 이 있으며, LCD에 흡수형 편광필름이 사용된 이래, 기본적인 구성으로 보호필름인 트리아세틸셀룰로오스(TAC) 필름/폴리비닐알콜(PVA) 필름에 요오드 착체(錯體) 또는 이색성 염료를 함침시켜 1축 방향으로 배열한 필름/보호필름(TAC)으로 이루어져 왔다.
상세하게는, 편광필름에서 가장 중요한 편광기능을 갖는 것은 편광자인데, 폴리비닐알콜(PVA) 필름을 1축 연신하여 염색하거나 또는 염색하여 붕산 수용액 중에서 1축 연신한 다음 고정 처리하여 얻어진 편광필름에 3초산 셀룰로오스(TAC, 트리아세테이트) 필름을 보호필름으로서 합착한 구성으로서, 상기 편광자 특성으로 인해 등방성인 빛을 한쪽방향의 선형 진동 또는 회전진동 형태의 비등방성 편광으로 변형하여 선택적 편광흡수가 가능하도록 한다.
이때, 광학용 PVA 필름은 높은 가시광 투과율 및 연신(延伸)을 충분히 견뎌낼 수 있는 강도를 가지며, 배향축이 가지런하여 높은 배향이 가능하고, 수산기를 갖고 있어 염색성이 양호하다. 또한, TAC와 합착이 용이하며, 대전(帶電)성이 낮아 전자 재료에 가장 적당하다. 그러나, PVA-요오드계 편광필름은 요오드의 높은 승화성과 낮은 내구성으로 인한 필름 변형의 문제점이 있다.
따라서, 상기 요오드의 승화성으로 인한 내구성 문제점을 해결하고자 등장한 PVA-염료계 편광필름은 연신 중, 정렬된 염료자체의 이색성으로 인해, 편광자 특성을 갖게 되며, 고온 및 고습도 조건에서도 높은 내구성을 가지므로 광학특성의 변화가 적어, 특히 높은 내구성을 요구하는 LCD에 사용된다.
이에, 본 발명자들은 편광필름의 편광 및 휘도 성능개선을 구현하는 동시에 제조비 용을 절감할 수 있는 편광필름 개발에 노력한 결과, 굴절율이 다른 여러 층을 적층하는 방식으로 제조되는 종래 다층 필름형태의 반사형 편광필름과는 달리, 반사형 편광필름과 흡수형 편광필름을 라미네이팅 기법으로 일체화시키되, 나아가, 흡수형 편광필름층에 중합 방사 후 제직된 해도사에 종래 흡수형 편광부재인 요오드 또는 이색성 염료를 함유시키고, 반사형 섬유편광필름층을 복굴절성 해도사로 구성함에 따라, 상기 요오드 또는 이색성 염료에 의해 고편광 효율을 유지하면서도, 상기 복굴절성 해도사에 의해 입사광의 손실없이 리사이클링하여 고휘도를 구현하는 편광시트를 안출함으로써, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 종래의 요오드 또는 이색성 염료를 함유시켜 연신한 해도사를 함유한 흡수형 편광필름층 및 복굴절성 해도사로 이루어진 반사형 섬유편광필름층을 일체화시킨, 고휘도 편광시트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 일체화된 고휘도 편광시트를 적용한 LCD 패널후면용 편광필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 이를 구비한 액정디스플레이를 제공하는 것이다.
본 발명은 요오드 또는 이색성 염료를 함유시켜 연신한 해도사를 함유한 흡수형 편광필름층; 및 복굴절성 해도사로 이루어진 반사형 섬유편광필름층;이 일체화된 고휘도 편광시트를 제공한다.
이때, 본 발명의 흡수형 편광필름층은 요오드 또는 이색성 염료를 함유시켜 연신한 해도사 단독 또는 투명기재 상에 요오드 또는 이색성 염료를 함유시켜 연신한 해도사가 분산된 섬유층 형태로 형성된다. 이때, 흡수형 편광필름층은 해도사 100 중량부에 대하여, 요오드 또는 이색성 염료 0.1 내지 5 중량부가 함유된다.
또한, 본 발명의 반사형 섬유편광필름층은 복굴절성 해도사 단독 또는 투명기재 상에 복굴절성 해도사가 분산된 섬유층 형태로 형성될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 고휘도 편광시트는 반사형 섬유편광필름층에 빛이 먼저 도달한 후, 상기 흡수형 편광필름층을 통과하는 광 경로를 가지도록 배치한다.
본 발명의 고휘도 편광시트에서, 해도사의 직경이 0.3 내지 50 데니어이고, 상기 반사형 섬유편광필름층 또는 흡수형 편광필름층의 두께가 각각 10 내지 500㎛로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 고휘도 편광시트 내 복굴절성 해도사로 이루어진 반사형 섬유편광필름층에 있어서, 해성분과 도성분간의 굴절율은 하기 식을 만족한다.
┃n'x - nx┃> 0.1 (1)
┃n'y - ny┃< 0.05 (2)
┃n'z - nz┃< 0.05 (3)
(상기에서, n'x는 도성분의 연신방향(x축 방향)의 굴절율이고, n'y 및 n'z은 상기 연신방향과 수직인 방향인 y방향 및 z방향의 굴절율이고, nx, ny 및 nz는 해성분의 x축 방향, y방향 및 z방향의 굴절율이다.)
상기 복굴절성 해도사에서, 해성분 또는 도성분 중 어느 하나는 등방성이고, 다른 하나는 이방성인 것이며, 해도사의 해성분은 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 코폴리에틸렌나프탈레이트(co-PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리카보네이트(PC) 얼로이, 폴리스타이렌(PS), 내열폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리우레탄(PU), 폴리이미드(PI), 폴리비닐클로라이드(PVC), 스타이렌아크릴로니트릴혼합(SAN), 에틸렌초산비닐(EVA), 폴리아미드(PA), 폴리아세탈(POM), 페놀, 에폭시(EP), 요소(UF), 멜라민(MF), 불포화폴리에스테르(UP), 실리콘(SI), 엘라스토머 및 사이클로올레핀 폴리머로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 재질로 이루어진 것이 바람직하다.
또한, 상기 해도사의 도성분은 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 코폴리에틸렌나프탈레이트(co-PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리카보네이트(PC) 얼로이, 폴리스타이렌(PS), 내열폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리우레탄(PU), 폴리이미드(PI), 폴리비닐클로라이드(PVC), 스타이렌아크릴로니트릴혼합(SAN), 에틸렌초산비닐(EVA), 폴리아미드(PA), 폴리아세탈(POM), 페놀, 에폭시(EP), 요소(UF), 멜라민(MF), 불포화폴리에스테르(UP), 실리콘(SI), 엘라스토머 및 사이클로올레핀폴리머로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 재질로 이루어진 것이 바람직하다.
본 일체화된 고휘도 편광시트에서, 염료계 흡수형 편광필름층은 아조계, 안트라퀴논계, 시오인디고계, 페릴렌계 및 프탈론계로 이루어진 군에서 선택되는 염료 또는 펄 염료에서 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하다.
이에, 본 발명은 요오드 또는 이색성 염료를 함유시켜 연신한 해도사를 함유한 흡수형 편광필름층 및 복굴절성 해도사로 이루어진 반사형 섬유편광필름층이 일체화된 고휘도 편광시트를 조합한 LCD 패널후면용 편광필름을 제공한다.
더욱 구체적으로는, 본 발명의 LCD 패널후면용 편광필름은 상기 일체화된 고휘도 편광시트의 흡수형 편광필름층(20) 일면에 점착제(32) 및 이형지(31)가 순차 적층되고, 상기 일체화된 고휘도 편광시트의 반사형 섬유편광필름층(10) 일면에 보호필름(33)이 적층된 구조이다[도 3].
또한, 반사형 섬유편광필름층(10)은 직경 0.3 내지 50 데니어를 가지는 복굴절성 해도사로 이루어지며, 반사형 섬유편광필름층의 두께는 10 내지 500㎛인 것이 바람직하다.
상기 일체화된 고휘도 편광시트의 두께는 20 내지 1000㎛이 바람직하다.
나아가, 본 발명은 상기 LCD 패널후면용 편광필름이 구비된 패널 및 백라이트 유닛으로 이루어진 액정디스플레이를 제공한다.
본 발명은 요오드 또는 이색성 염료를 함유시켜 연신한 해도사를 함유한 흡수형 편광필름층; 및 복굴절성 해도사로 이루어진 반사형 섬유편광필름층;이 일체화된 편광시트를 제공함으로써, 종래 고가의 휘도향상필름(3M사의 DBEF 필름) 대비, 대등이상의 고휘도를 구현하므로 소재 국산화를 실현할 수 있다.
특히, 본 발명의 편광시트는 종래 다층 필름형태와는 달리, 중합 방사 후 제직된 해도사에 종래 흡수형 편광부재인 요오드 또는 이색성 염료를 함유시켜 연신한 흡수형 편광필름층과 복굴절성 해도사로 이루어진 반사형 섬유편광필름층이 라미네이팅 기법으로 일체화됨으로써, 박막제조에 유리하고, 상기 요오드 또는 이색성 염료에 의해 고편광 효율을 유지하면서도, 상기 복굴절성 해도사에 의해 입사광의 손실없이 리사이클링하여 광효율을 극대화시키므로 고휘도를 구현할 수 있다.
나아가, 본 발명의 LCD 패널후면용 편광필름을 구비함으로써, 패널 및 백라이트 유닛으로 이루어진 액정디스플레이의 고편광 및 고휘도 효율을 기대할 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.
본 발명은 요오드 또는 이색성 염료를 함유시켜 연신한 해도사를 함유한 흡수형 편광필름층(20); 및
복굴절성 해도사로 이루어진 반사형 섬유편광필름층(10);이 일체화된 고휘도 편광시트(1)를 제공한다.
이하, 각 층별에 대하여 상세히 설명한다.
1) 흡수형 편광필름층
본 발명의 편광시트(1)에서, 흡수형 편광필름층(20)은 중합 방사 후 제직된 해도사에, 종래 흡수형 편광부재인 요오드 또는 이색성 염료를 함유시켜 형성된 것으로서, 상기 요오드 또는 이색성 염료에 의해 99.99% 이상의 편광효율을 구현하는 것을 특징으로 한다.
더욱 상세하게는, 본 발명의 흡수형 편광필름층(20)은 해도사 100 중량부에 대하여, 요오드 또는 이색성 염료 0.1 내지 5 중량부를 함유시켜 연신한 해도사로 이루어지며, 이때, 해도사 단독으로 이루어진 직물 또는 투명기재 상에 요오드 또는 이색성 염료를 함유시켜 연신한 해도사가 분산된 섬유층 형태로 적용될 수 있다. 상기에서, 요오드 또는 이색성 염료의 함량이 상기 함량이 0.1 중량부 미만이면, 편광효과의 발현효율이 미미하고, 5 중량부를 초과하면, 염료의 응집에 의해 투과도가 저하된다.
이때, 흡수형 편광필름층(20)은 직경 0.3 내지 50 데니어인 해도사로 이루어지고, 해도사(21) 단독 또는 상기 해도사 일부가 분산된 섬유층이며, 그 두께는 10 내지 500㎛가 바람직하다. 또한, 본 발명의 흡수형 편광필름층(20)은 하기 반사형 섬유 편광필름층(10)에 사용되는 해도사로 사용되는 재질 중에서 선택 사용될 수 있으며, 흡수형 편광필름층(20) 또는 반사형 섬유 편광필름층(10)에서 사용되는 해도사는 상호 동일 재질을 사용하거나 동일하지 않을 수도 있다.
본 발명의 흡수형 편광필름층(20)에 함유되는 해도사(21)의 횡단면의 형상은 원형 및 타원형, 다각형 등에 특별히 제한되지 않으며, 다양한 형상의 이형단면을 가질 수 있다.
본 발명의 일체화된 고휘도 편광시트(1)에 있어서, 흡수형 편광필름층(20)에 사용되는 요오드계 또는 염료계는 종래 동일한 목적으로 사용되는 물질 중에서 특별히 제한되지 않고 사용할 수 있으며, 대표적으로 염료계로는 아조계, 안트라퀴논계, 시오인디고계, 페릴렌계 및 프탈론계로 이루어진 군에서 선택되는 염료 또는 펄 염료에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
2) 반사형 섬유편광필름층
본 발명의 편광시트(1)에서, 반사형 섬유편광필름층(10)에 함유된 복굴절성 해도사 역시 단독으로 이루어진 직물 또는 투명기재 상에 복굴절성 해도사가 분산된 섬유층 형태로 형성될 수 있다.
도 1은 본원발명의 편광시트(1)의 모식도로서, 복굴절성 해도사(12)로 이루어진 반사형 섬유편광필름층(10)상에, 요오드 또는 이색성 염료를 함유시켜 연신한 해도 사(21)를 함유한 흡수형 편광필름층(20)을 일체화시킨 구조이다. 이때, 본 발명의 고휘도 편광시트(1)는 빛이 상기 반사형 섬유편광필름층(10)에 먼저 도달한 후, 상기 흡수형 편광필름층(20)을 통과하는 광 경로를 가지도록 배치한다.
도 2는 상기 도 1의 일체화된 편광시트(1)의 고휘도 원리를 도시한 것으로서, 반사형 섬유편광필름층(10) 내 도성분의 연신방향(x축 방향)에 대한 굴절율이 n'x이고, 상기 연신방향과 수직인 방향인 y방향 및 z방향의 굴절율이 각각 n'y 및 n'z이고, 해성분의 x축 방향, y방향 및 z방향의 굴절율이 각각 nx, ny 및 nz일 때, 도성분의 x축 방향 굴절율과 해성분의 x축 방향 굴절율간의 차이가 크고, 상기 연신방향과 수직인 방향인 도성분의 y방향 및 z방향의 굴절율 n'y 및 n'z이 해성분의 y방향 및 z방향의 굴절율과 동일하면(n'y = ny 및 n'z = nz), 반사형 섬유편광필름층(10) 내 해성분과 도성분간의 복굴절성 계면에 의한 편광효과를 이용하여 휘도 효율이 상승된다.
상기 복굴절성 해도사(12)로 이루어진 반사형 섬유편광필름층(10)에 있어서, 해성분과 도성분간의 굴절율은 하기 식을 만족한다.
┃n'x - nx┃> 0.1 (1)
┃n'y - ny┃< 0.05 (2)
┃n'z - nz┃< 0.05 (3)
상기에서, n'x은 도성분의 연신방향(x축 방향)의 굴절율이고, n'y 및 n'z는 상기 연신방향과 수직인 방향인 y방향 및 z방향의 굴절율이고, nx, ny 및 nz는 해성분의 x축 방향, y방향 및 z방향의 굴절율이다.
상기 원리에 따라, 패널로 전달된 빛이 편광시트(1)의 반사형 섬유편광필름층(10)에 먼저 도달하여, 연신방향과 수직인 편광(P편광) 부분만 통과하고, 나머지 연신방향의 편광(S편광)은 아래로 반사된다. 이 과정에서 S편광은 하부에서 재반사되어 편광이 바뀌어져서 위로 올라오게 되는데, 바뀐 편광 중에서 P편광은 통과하고, 이때, 통과된 P편광은 흡수형 편광필름층(20)을 통과하게 되고, 나머지 S편광은 리사이클링(Recycling)되면서 휘도가 상승하게 된다. 즉, 반사형 섬유편광필름층(10) 내 복굴절성 해도사를 구성하는 해성분 및 도성분간의 복굴절성 계면에 의해 광이 리사이클링되면서 P 편광의 집광효율이 증진되고, 그에 따라 휘도가 상승된다. 이때, 본 발명의 반사형 섬유편광필름층(10) 내에 함유된 복굴절성 해도사(12)에서 해성분 또는 도성분 중 어느 하나는 등방성이고, 다른 하나가 이방성이여야 한다. 즉, 복굴절성 해도사 내부에 해성분 또는 도성분의 광학적 성질이 상이하여, 해도사 내부에서 복굴절 계면을 형성하므로, 그렇지 않은 경우에 비하여 휘도강화 효율을 현저히 증가시킨다.
더욱 상세하게는, 본 발명의 복굴절성 해도사에서, 해성분은 등방성을 가지고, 도성분이 이방성을 가짐으로써, 패널로 도달된 빛이 해도사의 내부를 구성하는 다수의 해성분과 도성분간의 경계면에서 발생하는 복굴절성에 의해, P편광은 편광시트를 통과하고, S편광은 리사이클링(Recycling)되면서 휘도가 상승되는 경로를 연속적으로 반복 수행한다. 이때, 본 발명의 일체화된 편광시트(1)에 있어서, 반사형 섬유편광필름층(10) 내 복굴절성 해도사(12)는 광학적으로 복굴절성을 가지며 광투과성이 우수한 소재를 사용하며, 수십가닥을 꼬아 복합섬유로 제조하여 사용할 수 있다.
본 발명의 반사형 섬유편광필름층(10) 내 함유된 해도사의 해성분 및 도성분이 동일한 재질을 사용하는 것이 바람직하며, 그 일례로는 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 코폴리에틸렌나프탈레이트(co-PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리카보네이트(PC) 얼로이, 폴리스타이렌(PS), 내열 폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리우레탄(PU), 폴리이미드(PI), 폴리비닐클로라이드(PVC), 스타이렌아크릴로니트릴혼합(SAN), 에틸렌초산비닐(EVA), 폴리아미드(PA), 폴리아세탈(POM), 페놀, 에폭시(EP), 요소(UF), 멜라민(MF), 불포화폴리에스테르(UP), 실리콘(SI), 엘라스토머 및 사이클로올레핀폴리머로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용한다.
즉, 본 발명의 반사형 섬유편광필름층(10) 내에 함유된 해도사는 해성분과 도성분의 동일한 재질을 사용하나, 광학적 성질이 다른 수지간의 조합이라면 사용 가능하다. 일례로, 해도사의 해성분은 등방성 co-PEN을 사용하고, 도성분은 복굴절성을 가지는 PEN을 사용하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 상기 등방성인 해성분의 굴절율은 1.4∼2.0이며, 경우에 따라 반사형 섬유편광필름층(10) 내 투명기재(11)의 굴절율과 일치할 수 있다.
본 발명의 반사형 섬유편광필름층(10)에 함유된 복굴절성 해도사의 횡단면의 형상은 원형 및 타원형, 다각형 등에 특별히 제한되지 않으며, 다양한 형상의 이형단면을 가질 수 있다. 또한, 상기 해도사 중 도성분의 횡단면 역시 형상 형태에 제한 되지 않고 원형 및 타원형, 다각형 등의 이형단면을 가지는 것도 가능하며, 도성분의 형상, 크기, 갯수 및 배치는 목적에 따라 효율적으로 조절하여 사용할 수 있다. 다만, 본 발명의 복굴절성 해도사는 횡단면을 기준으로 상기 해성분과 도성분의 면적비가 2:8 ∼ 8:2을 충족해야 한다.
본 발명의 일체화된 편광시트(1)에 있어서, 반사형 섬유편광필름층(10)을 구성하는 복굴절성 해도사의 굵기는 0.3∼50 데니어이며, 상기 반사형 섬유편광필름층(10)의 각 두께는 10∼500㎛이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 10∼300㎛다. 이때, 10㎛ 미만이면, 편광층의 두께가 얇아 복굴절성 해도사로 인한 휘도 강화 효과가 미흡하고, 편광층의 두께가 500㎛를 초과하면, 휘도 강화 효과가 더 이상 올라가지 않고 포화(saturation) 될 뿐만 아니라, 제조원가 상승요인으로 작용하기 때문에 바람직하지 않다.
본 발명의 일체화된 편광시트(1)에 사용되는 투명기재(11)는 광학용으로 사용 가능한 투명 수지라면 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있으며, 바람직한 일례로는 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리스틸렌(PS), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 스티렌과 메타크릴산메틸과의 랜덤공중합체 수지(MS 수지) 또는 폴리카보네이트(PC)에서 선택 사용할 수 있다.
본 발명의 반사형 섬유편광필름층(10)에 함유되는 복굴절성 해도사(12)의 횡단면의 형상은 원형 및 타원형, 다각형 등에 특별히 제한되지 않으며, 다양한 형상의 이형단면을 가질 수 있다.
3) 일체화된 고휘도 편광시트
상기에서 살펴본 바와 같이, 흡수형 편광필름층(20)과 반사형 섬유편광필름층(10)가 일체화된 본 발명의 고휘도 편광시트(1)는 직물 또는 분산된 섬유층 중, 하나의 형태로 상하층 동일하게 구성되거나, 흡수형 편광필름층(20)이 직물 형태라면, 반사형 섬유편광필름층(10)이 섬유층으로 교호배열되어 형성될 수도 있다.
따라서, 본 발명의 편광시트(1)는 요오드 또는 이색성 염료를 함유시켜 연신한 해도사(21)를 함유한 흡수형 편광필름층(20); 및 복굴절성 해도사(12)로 이루어진 반사형 섬유편광필름층(10);을 일체화시킴으로써, 상기 흡수형 편광필름층(20)에 함유된 요오드 또는 이색성 염료에 의해 고편광 효율을 그대로 유지하면서, 상기 반사형 섬유편광필름층(10)에 함유된 복굴절성 해도사간의 복굴절성 계면과, 복굴절성 해도사를 구성하는 해성분 및 도성분간의 복굴절성 계면에 의해 유효각도에서 입사되는 입사광뿐만 아니라, 유효하지 않은 각도에서 입사되는 입사광의 집광효율을 증진하여 휘도를 비약적으로 향상시킬 수 있다. 이에, 본 발명의 일체화된 고휘도 편광시트(1)는 종래 반사형 편광필름과 같이 다층으로 적층하지 않더라도 대등 이상의 고휘도를 구현할 수 있다.
상기 기술된 바와 같이, 본 발명의 일체화된 고휘도 편광시트(1)에서, 반사형 섬유편광필름층(10)은 중합 방사 후 제직된 복굴절성 해도사로 이루어진 섬유형으로 구성되므로, 종래 다층박막형 반사편광층에 비해 제조원가가 낮아 가격경쟁력을 갖출 수 있다.
본 발명은 상기 일체화된 고휘도 편광시트의 흡수형 편광필름층(20)면에, 점착 제(32) 및 이형지(31)가 순차 적층되고, 상기 일체화된 고휘도 편광시트의 반사형 섬유편광필름층(10)면에 보호필름(33)이 적층된 LCD 패널후면용 편광필름(30)을 제공한다[도 3].
본 발명의 LCD 패널후면용 편광필름(30)에서, 복굴절성 해도사로 이루어진 반사형 섬유편광필름층(10)의 두께는 10 내지 500㎛이 바람직하다. 이때, 반사형 섬유편광필름층의 두께가 10㎛ 미만이면, 편광층의 두께가 얇아 복굴절성 해도사로 인한 휘도 강화 효과가 미흡하고, 500㎛를 초과하면, 휘도 강화 효과가 더 이상 올라가지 않고 포화(saturation)될 뿐만 아니라, 제조원가 상승요인으로 작용하기 때문에 바람직하지 않다.
따라서, 본 발명의 LCD 패널후면용 편광필름(30)은 일체화된 고휘도 편광시트를 사용함으로써, 종래 사용되는 PVA 필름, 이를 보호하는 보호필름 및 휘도강화필름 등의 필름류를 대체할 수 있으므로, 조립과정을 단순화하여 제조비용을 절감할 수 있다. 나아가, 소재 국산화는 물론 제조원가 측면에서도 종래 다층박막형 반사편광층에 비해 반사형 섬유편광필름층이 더 저렴하여 가격경쟁력을 갖춘 최종제품을 제공할 수 있다. 이때, LCD 패널후면용 편광필름에서, 흡수형 편광필름층(20) 또는 반사형 섬유편광필름층(10)의 각 두께는 10 내지 500㎛이므로, 고휘도 편광시트(1)의 총두께는 20 내지 1000㎛이 바람직하다.
상기 LCD 패널후면용 편광필름에 있어서, 반사형 섬유편광필름층(10)에 함유된 복굴절성 해도사의 해성분과 도성분간의 굴절율은 하기 식을 만족한다.
┃n'x - nx┃> 0.1 (1)
┃n'y - ny┃< 0.05 (2)
┃n'z - nz┃< 0.05 (3)
상기에서, n'x은 도성분의 연신방향(x축 방향)의 굴절율이고, n'y 및 n'z는 상기 연신방향과 수직인 방향인 y방향 및 z방향의 굴절율이고, nx, ny 및 nz는 해성분의 x축 방향, y방향 및 z방향의 굴절율이다.
상기 굴절율 조건을 충족하면, 복굴절성 해도사간의 복굴절성 계면과, 복굴절성 해도사를 구성하는 해성분 및 도성분간의 복굴절성 계면에 의해 유효각도에서 입사되는 입사광뿐만 아니라, 유효하지 않은 각도에서 입사되는 입사광의 집광효율을 증진하여 휘도를 비약적으로 향상시킬 수 있다.
나아가, 본 발명은 상기 LCD 패널후면용 편광필름이 구비된 패널 및 백라이트 유닛으로 이루어진 액정디스플레이를 제공하며, 그의 고편광 및 고휘도에 대한 성능개선을 기대할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다.
하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
단계 1: 흡수형 편광필름층 제조
등방성 Co-PEN(nx=1.57, ny=1.57, nz=1.57)의 충진제 내부에 이방성 PEN(nx=1.88, ny=1.57, nz=1.57)을 도부분으로 하고 상기 도부분이 37개 배치된 미연신 해도사 100 중량부에 대하여, 안트라퀴논(anthraquinone)계 이색성 염료(Disperse red 60) 0.2 중량부를 혼합시켜 270℃에서 압출 방사한 후, 5배 연신을 통해 50d/24f의 연신 해도사를 제조하였다.
상기에서 제조된 해도사를 4합(50d/24f×4)한 섬유를 경사로 사용하고, 등방성 Co-PEN 섬유를 위사로 사용하여 직물상태의 흡수형 편광필름층을 제조하였다.
단계 2: 반사형 섬유편광필름층 제조
등방성 Co-PEN(nx=1.57, ny=1.57, nz=1.57)의 충진제 내부에 이방성 PEN(nx=1.88, ny=1.57, nz=1.57)을 도부분으로 하고 상기 도부분이 37개 배치된 미연신 해도사를 방사온도 305℃, 방사속도 1500 M/min의 조건으로 방사한 후, 3배 연신을 통해 50d/24f 의 연신 해도사를 얻었다.
상기에서 제조된 해도사를 4합(50d/24f×4)한 섬유를 경사로 사용하고, 등방성 Co-PEN 섬유를 위사로 사용하여 직물상태로 제직하였다. Co-PEN 수지를 이축압출기에 투입하여 용융 압출하고, 티다이(T-die)를 통해 압출된 수지에, 상기 해도사로 이루어진 직물을 합지하여 냉각 후 두께 250㎛의 반사형 섬유편광필름층을 제조하였다.
단계 3: 일체화된 편광시트 제조
단계 2에서 제직된 직물상태의 반사형 섬유편광필름층 일면 상에, 단계 1에서 제직된 직물상태의 흡수형 편광필름층을 올려 170℃로 유지된 가열판 사이에 올린 후, 3분 동안 가압하여, 일체형의 편광시트를 제조하였다.
<실시예 2>
폴리카보네이트(PC) 수지를 투명기재로 하고, 상기 투명기재 하부에 실시예 1의 단계 2에서 제조된 연신 해도사를 한쪽 길이방향으로 일렬로 정렬배치하여, 반사형 섬유편광필름층을 형성하였다.
이후, 상기 반사형 섬유편광필름층 상에, 실시예 1의 단계 1에서 제조된 이색성 염료를 함유시켜 연신한 연신 해도사를 한쪽 길이방향으로 정렬배치하여, 흡수형 편광필름층을 형성하였다. 이때, 상기 연신 해도사는 등방성 Co-PEN(nx=1.57, ny=1.57, nz=1.57)의 충진제 내부에 이방성 PEN(nx=1.88, ny=1.57, nz=1.57)을 도부분으로 하고 상기 도부분이 37개 배치된 연신 해도사이다.
상기 시료를 170℃로 유지된 가열판 사이에 올린 후, 3분 동안 가압하여, 일체형의 편광시트를 제조하였다.
<실시예 3>
상기 도성분의 개수가 217개 배치된 해도사를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여, 반사형 섬유편광필름층 및 흡수형 편광필름층이 직물형태로 합지된 일체형의 편광시트를 제조하였다.
<실시예 4>
상기 실시예 1에서 도성분의 개수가 217개 배치된 해도사를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 2와 동일하게 실시하여, 반사형 섬유편광필름층 및 흡수형 편광필름층이 직물형태로 합지된 일체형의 편광시트를 제조하였다.
<실험예 1> 휘도측정
상기 제조된 본 발명의 일체형 편광필름과 종래 통용되는 휘도향상필름(3M사의 DBEF 필름)를 레퍼런스에 대비하여, 휘도를 측정하였다. 32" 직하형 백라이트 유닛 위에 패널을 조립한 후, 탑콘사의 BM-7 측정기를 이용하여, 측정각도 5도, BM-7과 백라이트 유니트와의 간격을 25cm로 하여 가로 세로 등간격을 4분할하여 그 교차점인 9개 지점의 휘도를 9회 반복 측정하여 휘도 평균값으로 휘도를 나타내었다. 레퍼런스는 현재 사용되는 표준 구성의 광학시트를 이용하여 측정된 휘도를 100이라 한다.
휘도를 측정한 결과, 종래 LCD 패널후면용 편광필름으로서, PVA 필름에 이중휘도향상필름(3M사의 DBEF 필름)을 삽입한 경우, 휘도 40% 향상 결과를 보인 반면, 본 발명의 편광필름을 부착한 결과, 45 내지 50%의 휘도향상 결과를 확인하였다.
나아가, 본 발명의 편광필름은 상기 성능측면뿐만 아니라, 종래 PVA 필름을 사용할 경우, 상기 PVA 필름을 보호하기 위하여, PVA 필름 양면에 보호필름 및 그 어느 일면에 휘도향상필름이 적층되나, 본 발명은 일체화된 고휘도 편광시트가 상기 다층 필름류를 대체할 수 있으므로 조립과정을 단순화하여 제조비용을 절감할 수 있다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은
첫째, 요오드 또는 이색성 염료를 함유시켜 연신한 해도사를 함유한 흡수형 편광필름층 및 복굴절성 해도사로 이루어진 반사형 섬유편광필름층이 일체화된 편광시트를 제공하였다. 이에, 본 발명의 편광시트는 요오드 또는 이색성 염료를 함유시켜 연신한 해도사로 흡수형 편광필름층을 구성하므로, 요오드 또는 이색성 염료에 의해, 고편광효율을 유지할 수 있다.
또한, 복굴절성 해도사로 이루어진 반사형 반사편광필름층은 상기 복굴절성 해도사에 의해 입사광의 손실없이 리사이클링하여 광효율을 극대화시키므로 고휘도를 구현할 수 있다.
둘째, 일체화된 고휘도 편광시트를 LCD 패널후면용 편광필름에 적용함으로써 고휘도를 구현하고, 종래 사용되는 PVA 필름을 사용하지 않으므로 그를 보호하기 위한 PVA 필름보호용 필름 및 그 어느 일면에 휘도향상필름층 등의 다층 필름류를 대체할 수 있어, 본 발명의 일체화된 고휘도 편광시트는 조립과정을 단순화하여 제조비용을 절감할 수 있다.
셋째, 본 발명의 LCD 패널후면용 편광필름을 구비한 패널과 백라이트 유닛으로 이루어진 액정표시장치는 고편광 및 고휘도의 성능 개선을 기대할 수 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
도 1은 본원발명의 일체화된 편광시트의 모식도이고,
도 2는 본 발명의 일체화된 편광시트의 고휘도 원리를 도시한 것이고,
도 3은 본 발명의 일체화된 편광시트를 적용한 LCD 패널후면용 편광필름의 구조를 도시한 것이다.
<도면부호에 대한 간단한 설명>
1: 일체화된 편광시트 10: 반사형 섬유편광필름층
11: 투명기재 12: 복굴절성 해도사
20: 흡수형 편광필름층
21: 요오드 또는 이색성 염료를 함유시켜 연신한 해도사
30: 패널후면용 편광필름 31: 이형지
32: 점착제 33: 보호필름

Claims (18)

  1. 요오드 또는 이색성 염료를 함유시켜 연신한 해도사를 포함하여 이루어진 흡수형 편광필름층; 및
    복굴절성 해도사를 포함하여 이루어진 반사형 섬유편광필름층;이 일체화된 고휘도 편광시트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 흡수형 편광필름층이 요오드 또는 이색성 염료를 함유시켜 연신한 해도사 단독 또는 투명기재 상에 요오드 또는 이색성 염료를 함유시켜 연신한 해도사가 분산된 섬유층 형태인 것을 특징으로 하는 상기 고휘도 편광시트.
  3. 제1항에 있어서, 상기 흡수형 편광필름층이 해도사 100 중량부에 대하여, 요오드 또는 이색성 염료 0.1 내지 5 중량부가 함유된 것을 특징으로 하는 상기 고휘도 편광시트.
  4. 제1항에 있어서, 상기 반사형 섬유편광필름층이 복굴절성 해도사 단독 또는 투명기재 상에 복굴절성 해도사가 분산된 섬유층 형태인 것을 특징으로 하는 상기 고휘도 편광시트.
  5. 제1항에 있어서, 상기 반사형 섬유편광필름층에 빛이 먼저 도달한 후, 상기 흡수형 편광필름층을 통과하는 광 경로를 가지도록 배치되는 것을 특징으로 하는 상기 고휘도 편광시트.
  6. 제1항에 있어서, 상기 흡수형 편광필름층 또는 반사형 섬유편광필름층 내 해도사의 직경이 0.3 내지 50 데니어인 것을 특징으로 하는 상기 고휘도 편광시트.
  7. 제1항에 있어서, 상기 흡수형 편광필름층 또는 반사형 섬유편광필름층의 두께가 10 내지 500㎛인 것을 특징으로 하는 상기 고휘도 편광시트.
  8. 제1항에 있어서, 상기 복굴절성 해도사로 이루어진 반사형 섬유편광필름층 내, 해성분과 도성분간의 굴절율이 하기 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 상기 고휘도 편광시트:
    ┃n'x - nx┃> 0.1 (1)
    ┃n'y - ny┃< 0.05 (2)
    ┃n'z - nz┃< 0.05 (3)
    상기에서, n'x은 도성분의 연신방향(x축 방향)의 굴절율이고, n'y 및 n'z는 상기 연신방향과 수직인 방향인 y방향 및 z방향의 굴절율이고, nx, ny 및 nz는 해성분의 x축 방향, y방향 및 z방향의 굴절율이다.
  9. 제1항에 있어서, 상기 복굴절성 해도사가 해성분 또는 도성분 중 어느 하나가 등방 성이고, 다른 하나가 이방성인 것을 특징으로 하는 상기 고휘도 편광시트.
  10. 제9항에 있어서, 상기 해도사의 해성분이 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 코폴리에틸렌나프탈레이트(co-PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리카보네이트(PC) 얼로이, 폴리스타이렌(PS), 내열폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리우레탄(PU), 폴리이미드(PI), 폴리비닐클로라이드(PVC), 스타이렌아크릴로니트릴혼합(SAN), 에틸렌초산비닐(EVA), 폴리아미드(PA), 폴리아세탈(POM), 페놀, 에폭시(EP), 요소(UF), 멜라민(MF), 불포화폴리에스테르(UP), 실리콘(SI), 엘라스토머 및 사이클로올레핀폴리머로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 상기 고휘도 편광시트.
  11. 제9항에 있어서, 상기 해도사의 도성분이 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 코폴리에틸렌나프탈레이트(co-PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리카보네이트(PC) 얼로이, 폴리스타이렌(PS), 내열폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리우레탄(PU), 폴리이미드(PI), 폴리비닐클로라이드(PVC), 스타이렌아크릴로니트릴혼합(SAN), 에틸렌초산비닐(EVA), 폴리아미드(PA), 폴리아세탈(POM), 페놀, 에폭시(EP), 요소(UF), 멜라 민(MF), 불포화폴리에스테르(UP), 실리콘(SI), 엘라스토머 및 사이클로올레핀폴리머로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 상기 고휘도 편광시트.
  12. 제1항에 있어서, 상기 염료계 흡수형 편광필름층이 아조계, 안트라퀴논계, 시오인디고계, 페릴렌계 및 프탈론계 염료로 이루어진 군에서 선택되는 이색성 염료 또는 펄 염료에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 상기 고휘도 편광시트.
  13. 제1항의 일체화된 고휘도 편광시트의 흡수형 편광필름층; 그 흡수형 편광필름층면에 순차 적층된 점착제; 및 이형지;
    상기 일체화된 고휘도 편광시트의 반사형 섬유편광필름층; 그 반사형 섬유편광필름층면에 적층된 보호필름;으로 이루어진 LCD 패널후면용 편광필름.
  14. 제13항에 있어서, 상기 반사형 섬유편광필름층이 직경 0.3 내지 50 데니어를 가지는 복굴절성 해도사로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 LCD 패널후면용 편광필름.
  15. 제13항에 있어서, 상기 반사형 섬유편광필름층의 두께가 10 내지 500㎛인 것을 특징으로 하는 상기 LCD 패널후면용 편광필름.
  16. 제13항에 있어서, 상기 일체화된 고휘도 편광시트가 20 내지 1000㎛ 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 상기 LCD 패널후면용 편광필름.
  17. 제13항에 있어서, 상기 복굴절성 해도사에 있어서, 해성분과 도성분간의 굴절율이 하기 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 상기 LCD 패널후면용 편광필름:
    ┃n'x - nx┃> 0.1 (1)
    ┃n'y - ny┃< 0.05 (2)
    ┃n'z - nz┃< 0.05 (3)
    상기에서, n'x은 도성분의 연신방향(x축 방향)의 굴절율이고, n'y 및 n'z는 상기 연신방향과 수직인 방향인 y방향 및 z방향의 굴절율이고, nx, ny 및 nz는 해성분의 x축 방향, y방향 및 z방향의 굴절율이다.
  18. 제13항의 LCD 패널후면용 편광필름이 포함된 패널 및 백라이트 유닛으로 이루어진 액정디스플레이.
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