KR20110113580A - 광학 보상 필름 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시형태에 의한 광학 보상 필름은, 경사 배향으로 배열된 비액정 폴리머들을 포함하며, 광학 보상 필름은 하기 식 (1) 및 식 (2) 를 만족하고:
(1) 3 [nm]≤(nx-ny)×d; 및
(2) 5°＜β,
여기서, 3 차원 좌표계의 평면 방향 축들인 X 축 및 Y 축이 서로 직교하고, X 축 및 Y 축에 대해 두께 방향으로 수직인 축이 Z 축으로 정의되는 경우, nx 및 ny 는 각각 광학 보상 필름의 XY 면내의 최대 굴절률 및 최소 굴절률을 나타내고, d 는 필름 두께 [nm] 를 나타내며, 그리고 β 는 광학 보상 필름의 YZ 면내의 최소 굴절률 ny 를 제공하기 위한 방향 및 최대 굴절률 nb 를 제공하기 위한 방향 사이에 형성된 각도를 나타낸다.

Description

광학 보상 필름{OPTICAL COMPENSATION FILM}
이 출원은 2005년 4월 9일에 출원된 일본 특허 출원 제 2010-090063호에 대해 35 U.S.C. 섹션 119 하에서 우선권을 주장하며, 본 명세서에서 참조로서 원용된다.
본 발명은 광학 보상 필름, 광학 보상 필름을 사용한 광학 보상 필름 일체형 편광판, 및 액정 표시 장치에 관한 것이다.
지금까지, 액정 표시 장치를 경사 방향으로 보는 경우, 콘트라스트 감소 및 색조 변화가 있고, 그 시야각 특성이 CRT 표시 장치와 비교하여 충분하지 않다. 따라서, 시야각 특성의 개선이 강하고 요망되고 있다. 액정 표시 장치의 시야각 특성은 주로 액정 셀의 복굴절성의 각도 의존성에 의해 야기된다. 예를 들어, TN 모드 액정 표시 장치는 표시 응답 속도 및 콘트라스트가 우수하고 생산성이 높아, 퍼스널 컴퓨터 및 모니터와 같은 OA 디바이스들을 포함하는 각종 장치들의 표시 유닛으로서 널리 사용되고 있다. 하지만, TN 모드 액정 셀에서는, 액정 분자들이 상부 및 하부 전극 기판들에 대해 경사 배향 (tilt alignment) 으로 배열되고, 이로 인해 시야각 의존성이 더 커지는 문제, 예를 들어, 표시 화상의 콘트라스트가 관측 각도에 따라 변화하여 화면을 착색하고, 이로써 시인성을 저감시키는 문제가 있다. 따라서, 광학 보상 필름을 사용하여 액정 셀의 복굴절성 (즉, 위사창) 의 각도 의존성을 보상하여, 시야각 특성을 개선하는 것이 강하게 요망되고 있다.
시야각 특성을 개선하는 방법 중 하나는, TN 모드 액정 표시 장치에서 경사 배향형 광학 보상 필름을 사용하는 것이다. 보고되어온 경사 배향형 광학 보상 필름의 예는, 고분자 매트릭스에 경사 배향으로 배열된 저분자 액정을 포함한 광학 보상 필름 (일본 특허 제 2565644호), 및 배향 필름이 지지체 상에 형성되고 그 배향 필름 상에 디스코틱 액정이 경사 배향으로 배열되어 디스코틱 액정을 중합시킨 광학 보상 필름 (일본 특허 제 2802719호) 을 포함한다. 하지만, 액정 재료가 경사 배향으로 배열된 상술한 바와 같은 TN 모드 광학 보상 필름은 하기의 문제를 가진다 (일본 공개특허공보 제 2000-105315호). 예를 들어, 액정 재료의 선택 (예를 들어, 공기 계면에서의 표면 에너지 차이에 기초하여 경사 배향으로 용이하게 배열되는 액정 재료의 선택) 및 액정 재료의 경사각의 제어 (예를 들어, 계면활성제를 사용한 경사각의 제어) 가 요구된다. 배향 기판이 필수적이어서, 제조 방법이 복잡하다. 제어 인자들의 다양성도 넓어서, 경사각 및 위상차를 조절하는 것이 어렵다.
액정 재료가 사용되어야 하는 경우, 액정 분자들을 고정밀로 개별적으로 제어하는 것은 어렵다. 따라서, 필름의 측면에서, 액정 분자들의 배향 변동이 발생하고 편광의 해소 (cancellation) 를 야기시켜, 액정 패널의 콘트라스트를 감소시키는 문제가 있다.
VA 모드 또는 IPS 모드 액정 표시 장치와 달리, TN 모드 액정 표시 장치는, 특성의 측면에서 편광자의 흡수축이 액정 패널의 측 방향에 대해 45°또는 135°의 방향을 가지도록 제공되는 편광판을 포함한다. 편광판의 사이즈가 고온 또는 저온 환경 및/또는 고습 환경에서 변하는 경우, 사이즈 변화 때문에 응력이 광학 보상 필름에 가해지고, 이로 인해 변형이 발생할 수 있다. 따라서, 광 누설이 발생하여, 액정 패널의 수평 방향 및 수직 방향에서의 휘도 불균일을 야기시킨다. 이것은 외관 균일성에 대한 문제이다.
본 발명은 상술한 종래 문제를 해결하기 위해서 이루어졌다. 본 발명의 주된 목적은, 종래의 액정 재료를 사용한 경사 배향형 광학 보상 필름과는 상이한, 비액정 폴리머 재료를 사용한 신규한 경사 배향형 광학 보상 필름을 제공하는 것이다. 본 발명의 보다 구체적인 목적은, TN 모드, OCB 모드, 또는 ECB 모드의 액정 표시 장치의 시야각 특성을 개선하기에 유용한, 비액정 폴리머 재료를 사용한 신규한 경사 배향형 광학 보상 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시형태에 의한 광학 보상 필름은, 경사 배향으로 배열된 비액정 폴리머들을 포함하며, 광학 보상 필름은 하기 식 (1) 및 식 (2) 를 만족하고:
(1) 3 [nm]≤(nx-ny)×d; 및
(2) 5°＜β,
여기서, 3 차원 좌표계의 평면 방향 축들인 X 축 및 Y 축이 서로 직교하고, X 축 및 Y 축에 대해 두께 방향으로 수직인 축이 Z 축으로 정의되는 경우, nx 및 ny 는 각각 광학 보상 필름의 XY 면내의 최대 굴절률 및 최소 굴절률을 나타내고, d 는 필름 두께 [nm] 를 나타내며, 그리고 β 는 광학 보상 필름의 YZ 면내의 최소 굴절률 ny 를 제공하기 위한 방향 및 최대 굴절률 nb 를 제공하기 위한 방향 사이에 형성된 각도를 나타낸다.
본 발명의 다른 실시형태에 의한 광학 보상 필름은, 경사 배향으로 배열된 비액정 폴리머들을 포함하며, 여기서 3 차원 좌표계의 평면 방향 축들인 X 축 및 Y 축이 서로 직교하고, X 축 및 Y 축에 대해 두께 방향으로 수직인 축이 Z 축으로 정의되는 경우, 광학 보상 필름은 광학 보상 필름의 XY 면, YZ 면, 및 ZX 면 중 어느 면에도 평행하지 않는 면에서 2개의 광축들을 포함한다.
바람직한 실시형태에서, 광학 보상 필름은 복굴절률 (Δn) 이 0.0001 ~ 0.02 의 범위이다.
바람직한 실시형태에서, 광학 보상 필름은 광 탄성 계수가 1×10-12 ㎡/N ~ 9×10-11 ㎡/N 의 범위이다.
바람직한 실시형태에서, 광학 보상 필름은 nx＞ny＞nz 및 nx＞ny=nz (여기서, nz 는 두께 방향의 굴절률을 나타냄) 중 하나의 굴절률 관계를 만족한다.
바람직한 실시형태에서, 비액정 폴리머들은, (메타)아크릴계 폴리머, 스티렌계 폴리머, 올레핀계 폴리머, 환형 올레핀계 폴리머, 폴리아릴레이트계 폴리머, 폴리카보네이트계 폴리머, 폴리술폰계 폴리머, 폴리우레탄계 폴리머, 폴리이미드계 폴리머, 폴리에스테르계 폴리머, 및 폴리비닐 알코올계 폴리머로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 1종의 폴리머를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 광학 보상 필름 일체형 편광판이 제공된다. 광학 보상 필름 일체형 편광판은 상술한 바와 같은 광학 보상 필름; 및 광학 보상 필름에 인접하여 제공된 편광자를 포함한다.
바람직한 실시형태에서, 광학 보상 필름은 비액정 폴리머들의 경사 방향에 수직인 방향으로 배향축을 포함한다.
바람직한 실시형태에서, 광학 보상 필름은 편광자에 대한 보호 필름으로 작용한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라서, 액정 표시 장치가 제공된다. 액정 표시 장치는 액정 셀; 및 액정 셀의 측들 중 적어도 일측에 제공되는 상술한 광학 보상 필름을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 의한 액정 표시 장치는 액정 셀; 및 액정 셀의 측들 중 적어도 일측에 제공되는 상술한 광학 보상 필름 일체형 편광판을 포함한다.
바람직한 실시형태에서, 액정 셀은 TN 모드, OCB 모드 및 ECB 모드로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 구동 모드이다.
본 발명에 따라서, 종래의 액정 재료를 사용한 경사 배향형 광학 보상 필름과 상이한, 비액정 폴리머 재료를 사용한 신규한 경사 배향형 광학 보상 필름이 제공될 수 있다.
첨부된 도면에서:
도 1a 는 평균 경사 각도를 나타낸 개략도이다.
도 1b 는 평균 경사 각도를 나타낸 개략도이다.
도 2 는 본 발명의 바람직한 실시형태에 의한 광학 보상 필름 일체형 편광판을 나타낸 개략 단면도이다.
도 3 은 본 발명의 바람직한 실시형태에 의한 액정 패널을 나타낸 개략 단면도이다.
도 4a 는 실시예 1 에 의한 액정 표시 장치의 콘트라스트의 시야각 의존성을 나타낸 콘트라스트 등고선도이고, 도 4b 는 그 액정 표시 장치의 외관 균일성을 나타낸다.
도 5a 는 실시예 2 에 의한 액정 표시 장치의 콘트라스트의 시야각 의존성을 나타낸 콘트라스트 등고선도이고, 도 5b 는 그 액정 표시 장치의 외관 균일성을 나타낸다.
도 6a 는 실시예 3 에 의한 액정 표시 장치의 콘트라스트의 시야각 의존성을 나타낸 콘트라스트 등고선도이고, 도 6b 는 그 액정 표시 장치의 외관 균일성을 나타낸다.
도 7a 는 실시예 4 에 의한 액정 표시 장치의 콘트라스트의 시야각 의존성을 나타낸 콘트라스트 등고선도이고, 도 7b 는 그 액정 표시 장치의 외관 균일성을 나타낸다.
도 8a 는 실시예 5 에 의한 액정 표시 장치의 콘트라스트의 시야각 의존성을 나타낸 콘트라스트 등고선도이고, 도 8b 는 그 액정 표시 장치의 외관 균일성을 나타낸다.
도 9a 는 비교예 1 에 의한 액정 표시 장치의 콘트라스트의 시야각 의존성을 나타낸 콘트라스트 등고선도이고, 도 9b 는 그 액정 표시 장치의 외관 균일성을 나타낸다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명한다. 하지만, 본 발명은 이들 실시형태에 한정되지 않는다.
(용어 및 기호의 정의)
본 명세서에서 사용된 용어 및 기호의 정의는 다음과 같다.
(1) 축 (X, Y 및 Z)
3 차원 좌표계에서, 기호 "X" 는 평면에 따른 방향의 축을 나타내고, "Y" 는 그 평면에서 X 축과 직교하는 축을 나타내며, 그리고 "Z" 는 두께 방향 (법선 방향) 으로 X 축 및 Y 축에 대해 수직으로 배치되는 축이다.
(2) 굴절률 (nx, ny 및 nz)
기호 nx 는 X 축에 따른 굴절률을 나타내고, 이것은 필름 면내의 최대 굴절률이다. 기호 ny 는 Y 축에 따른 굴절률을 나타내고, 이것은 필름 면내의 "nx" 방향에 직교하는 방향의 굴절률이다. 기호 nz 는 Z 축에 따른 굴절률을 나타내고, 이것은 두께 방향의 굴절률이다.
(3) 면내 위상차 (Re)
면내 위상차 (Re) 는 23℃, 및 다른 언급이 없는 한 파장 590 nm 에서의 층 (필름) 의 면내 위상차 값을 말한다. Re 는 식: Re=(nx-ny)×d 에 의해 획득되고, 여기서 d (nm) 는 층 (필름) 의 두께를 나타낸다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, Re［λ］는 23℃ 및 파장 λnm 에서의 층 (필름) 의 면내 위상차를 말하는 것임에 유의한다.
(4) 두께 방향 위상차 (Rth)
두께 방향 위상차 (Rth) 는 23℃, 및 다른 언급이 없는 한 파장 590 nm 에서의 층 (필름) 의 두께 방향 위상차 값을 말한다. Rth 는 식: Rth=(nx-nz)×d 에 의해 획득되고, 여기서 d (nm) 는 층 (필름) 의 두께를 나타낸다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, Rth［λ］는 23℃ 및 파장 λnm 에서의 층 (필름) 의 두께 방향 위상차를 말하는 것임에 유의한다.
(5) Nz 계수
Nz 계수는 식: Nz=Rth/Re 에 의해 획득된다.
(6) 굴절률 (na, nb 및 nc)
기호 nb 는 필름의 YZ 면내의 최대 굴절률이며, 이것은 "nx" 방향 (지상축 방향) 과 직교하는 방향의 굴절률이고, nc 는 필름의 YZ 면내의 "nb" 방향에 직교하는 방향의 굴절률을 나타내고, 그리고 na 는 "nb" 방향 및 "nc" 방향에 직교하는 방향 (즉, "nx" 방향) 의 굴절률을 나타낸다.
(7) 평균 경사 각도(β°)
평균 경사 각도 (β) 는 통계 측면에서 모든 분자들 (예를 들어, 비액정 폴리머 분자들) 의 경사 배향 각도의 평균이다. 구체적으로, 평균 경사 각도 (β) 는 두께 방향으로 위치하는 모든 분자들 (벌크 상태의 분자들) 의 평균 경사 배향 각도이며, 이것은 도 1a 및 도 1b 에 나타낸 바와 같이, "nb" 방향 및 "ny" 방향 사이에 형성된 각도이다.
A. 광학 보상 필름
본 발명에 의한 광학 보상 필름은, 경사 배향으로 배열된 비액정 폴리머들을 포함하고, 아래에 기재된 식 (1) 및 식 (2) 를 만족한다.
(1) 3 [nm]≤(nx-ny)×d
(2) 5°＜β
식 (1) 과 관련하여, "(nx-ny)×d" (즉, 광학 보상 필름의 면내 위상차 값 (Re)) 는, 예를 들어, 5 nm 이상일 수 있고, 바람직하게는 10 nm ~ 200 nm 의 범위, 보다 바람직하게는 10 nm ~ 160 nm 의 범위일 수 있다. 식 (2) 와 관련하여, 평균 경사 각도 (β) 는, 예를 들어, 10°이상일 수 있고, 바람직하게는 10 ~ 70°의 범위, 보다 바람직하게는 20 ~ 60°의 범위일 수 있다. 본 발명에서 상술한 바와 같은 광학 특성을 가지는 광학 보상 필름에 따르면, 각 액정 분자들의 배향이 전체 위상차로서 가정되는 경우, 정의 이축성 이방성을 갖는 경사형 위상차판의 역할을 하는 액정 셀은 전방위로 적절하게 시야각 보상 처리될 수 있다. 상술한 바와 같은 액정 셀의 예로서, TN 모드 액정 셀이 바람직하다. 본 발명에서, 비액정 폴리머들은 소정 각도의 경사 배향으로 배열될 수 있거나, 또는 두께 방향에 따라 연속적 또는 간헐적으로 증가 또는 감소하는 각도의 경사 배향 (소위, 하이브리드 (hybrid) 배향) 으로 배열될 수 있다. 비액정 폴리머들은 소정 각도의 경사 배향으로 배열되는 것이 바람직하다.
이하, 평균 경사 각도 (β°) 의 산출을 설명한다. 도 1b 에 나타낸 바와 같이, 필름 두께 방향의 분자들의 경사를 평균하여 1 개의 굴절률 타원체로 가정하고, 각도 θ 의 입사광에 대해 측정된 위상차 값 δ 는 아래에 기재된 식 (I) 로 표현된다. 따라서, 예를 들어, 평균 경사 각도 (β°) 는, 지상축에 대해 수직인 방향으로 극각 범위 -50°~ ＋50°(법선 방향은 0°에 상응함) 에서 5°간격으로 측정한 위상차 값에 기초하여, 아래에 기재된 식 (I) 및 식 (II) 에 의해 산출될 수 있다. 식에서, na, nb, 및 nc 는 필름에 포함된 부재들의 굴절률, 즉, β=0 인 경우 필름의 굴절률 nx, ny, 및 nz 를 나타내며, 그리고 d 는 필름 두께 (nm) 를 나타낸다.
Figure pat00001
본 발명에서, 광학 보상 필름의 복굴절률 (Δn) 은 바람직하게 파장 590 nm 에서 0.0001 ~ 0.02 의 범위이고, 보다 바람직하게 0.0001 ~ 0.018 의 범위이다. 복굴절률 (Δn) 은, 식：Δn=nx-nz 에 의해 획득된다. 액정 셀의 복굴절률 (Δn) 및 광학 보상 필름의 복굴절률 (Δn) 은 보통 파장에 의존한다. 하지만, 광학 보상 필름의 복굴절률 (Δn) 이 상술한 범위 이내이면, 액정 셀의 복굴절률 (Δn) 의 파장 의존성과 광학 보상 필름의 복굴절률 (Δn) 의 파장 의존성이 서로 튜닝될 수 있다. 그 결과, 액정 표시 장치 (특히, TN 모드 액정 표시 장치) 에서 시야각에 의해 야기되는, 복굴절률 (Δn) 의 변화 및 위상 변이는 가시광의 전파장 영역에 걸쳐 감소되어, 착색 현상의 발생을 방지할 수 있다. 이러한 효과는, 파장 550 nm 와 450 nm 에서의 복굴절률 (Δn) 사이의 비 (Δn450/Δn550) 가 바람직하게 0.80 ~ 1.2 의 범위, 보다 바람직하게 0.90 ~ 1.15 의 범위인 경우에, 보다 적합하게 나타날 수 있다.
본 발명에서, 광학 보상 필름의 광 탄성 계수는 바람직하게 1×10-12 ㎡/N ~ 9×10-11 ㎡/N 의 범위이다. 종래의 액정 재료를 사용한 경사 배향형 광학 보상 필름 (예를 들어, Fuji Photo Film Co., Ltd. 에 의해 제조된 제품명 "WV-필름") 은, 지지 기재가 필수적이고 지지 기재와 액정 재료의 광 탄성 계수가 크기 때문에 외관 균일성에 있어서 문제를 가진다. 반대로, 본 발명에서 상술한 범위의 광 탄성 계수를 갖는 광학 보상 필름에 의하면, 편광판의 사이즈 변화 때문에 광학 보상 필름에 응력이 가해지는 경우에도, 광 누설 또는 휘도 불균일의 발생이 방지될 수 있다. 그 결과, 외관 균일성이 우수한 액정 표시 장치가 획득될 수 있다.
외관 균일성은 다음과 같이 평가될 수 있다. 예를 들어, 편광판이 탑재되는 액정 표시 장치가 가열 환경 (예를 들어, 80℃×200시간) 또는 가습 환경 (예를 들어, 60℃／90%RH×200시간) 에 노출되고, 이후 실온에서 흑색 화상이 그 위에 표시된다. 평가 방법의 예는, 시각 평가 및 휘도 분포 평가를 포함한다. 시각 평가에서는, 전체 액정 표시 장치에 표시된 흑색 화상을 대략 수미터 거리에서 육안으로 검사하여, 광 누설 부분이 있는지의 여부를 결정할 수 있다. 휘도 분포 평가에서는, 흑색 표시 화면에서의 최소 휘도 및 최대 휘도 사이의 비를 휘도비 (최대 휘도/최소 휘도) 로 나타낸다. 휘도비가 1.0 에 가까운 경우, 균일성이 우수한 것으로 평가될 수 있다.
본 발명에 의한 광학 보상 필름은 바람직하게 "nx＞ny＞nz" 또는 "nx＞ny=nz"의 굴절률 관계를 만족한다. "ny=nz" 는 ny 및 nz 가 엄밀하게 서로 동일한 경우 뿐만 아니라, ny 및 nz 가 실질적으로 서로 동일한 경우도 포함하는 것임에 유의한다. 즉, "ny=nz" 는 Nz 계수 (Rth/Re) 가 0.9 를 초과하고 1.1 보다 작은 경우에 상응한다. 본 발명에 의한 광학 보상 필름이 "nx＞ny＞nz" 의 굴절률 관계를 만족하는 경우, 그 Nz 계수는 바람직하게 1.1 ~ 10 의 범위, 보다 바람직하게는 1.1 ~ 8 의 범위이다. 상술한 굴절률 관계가 만족되는 때, 본 발명의 광학 보상 필름에 따르면, 각 액정 분자들의 배향이 전체 위상차로 가정되는 경우, 정의 이축성 이방성을 갖는 경사형 위상차 판의 역할을 하는 액정 셀이 전방위로 적절하게 시야각 보상 처리될 수 있다. 상술한 바와 같은 액정 셀의 예로서, TN 모드 액정 셀이 바람직하다.
바람직한 실시형태에서, 본 발명에 의한 광학 보상 필름은, 필름의 XY 면, YZ 면, 및 ZX 면 중 어느 면에도 평행하지 않는 면 (즉, "nb" 방향 및 "nx" 방향을 포함하는 면) 에서, 2개의 광축들을 가질 수 있다. 이 광학 보상 필름은, 비액정 폴리머들의 경사 방향 ("nb" 방향) 에 대해 수직인 배향축으로서 최대 굴절률 nx (na) 를 가질 수 있다. 예를 들어, 부의 이축성 굴절률 이방성을 나타내는 비액정 폴리머들이 소정 각도로 경사 배향으로 배열되는 경우, 광학 보상 필름의 배향축 방향은 경사 방향에 대해 수직인 방향으로 조절될 수 있다. 예를 들어, TN 모드의 액정 표시 장치는 광학 보상 필름에 의해 보다 적합하게 시야각 보상 처리될 수 있다.
임의의 적합한 비액정 폴리머들이, 본 발명에 의한 광학 보상 필름에 포함된 비액정 폴리머들로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 70% 이상의 광 투과율을 갖는 필름을 형성할 수 있는 열가소성 수지가 바람직하게 사용될 수 있다. 예를 들어, 유리 전이 온도 (Tg) 가 80℃ ~ 170℃ 의 범위이고, 용융 온도가 180 ~ 300℃ 의 범위이며, 그리고 전단 속도 100 sec-1 및 250℃ 에서의 용융 점도가 10000 Pa·s 이하인 열가소성 수지가 바람직하게 사용될 수 있다. 이러한 열가소성 수지는 필름을 형성하기에 용이하며, 이로 인해 투명성이 우수한 광학 보상 필름이 일반적인 성형 방법, 예를 들어, 압출에 의해 획득될 수 있다. 광 탄성 계수가 1×10-12 ~ 9×10-11 ㎡/N 의 범위인 비액정 폴리머들이 선택되는 경우, 원하는 광 탄성 계수를 갖는 광학 보상 필름이 획득되고, 이로 인해 우수한 외관 균일성을 가지는 액정 표시 장치가 획득될 수 있다.
상기 언급된 비액정 폴리머의 바람직한 구체예는, (메타)아크릴계 폴리머, 스티렌계 폴리머, 올레핀계 폴리머, 환형 올레핀계 폴리머, 폴리아릴레이트계 폴리머, 폴리카보네이트계 폴리머, 폴리술폰계 폴리머, 폴리우레탄계 폴리머, 폴리이미드계 폴리머, 폴리에스테르계 폴리머, 폴리비닐 알코올계 폴리머 및 그 코폴리머들을 포함한다. 또한, 셀룰로오스계 폴리머 및 폴리 염화 비닐리덴계 폴리머와 같은 폴리 염화 비닐계 폴리머가 바람직하게 사용될 수 있다. 비액정 폴리머들은 단독으로 또는 조합하여 사용될 수 있다. 그 중에서도, (메타)아크릴계 폴리머, 올레핀계 폴리머, 환형 올레핀계 폴리머, 폴리아릴레이트계 폴리머, 폴리카보네이트계 폴리머, 폴리우레탄계 폴리머, 및 폴리에스테르계 폴리머가 바람직하다. 이러한 비액정 폴리머들은 투명성 및 배향성이 우수하므로, 원하는 범위의 복굴절률 (Δn) 을 갖는 광학 보상 필름이 획득될 수 있다. 그 결과, 우수한 보상이 광시야각에서 실현될 수 있으므로, 우수한 콘트라스트를 위한 시야각 보상 효과가 획득될 수 있다. 면내 배향성과 경사 배향성은 보통 트레이드-오프 관계를 가진다. 하지만, 상술한 바와 같은 성질을 갖는 비액정 폴리머들이 선택되는 경우, 광학 보상 필름은 경사 배향에 의해 면내 배향성 (nx-ny) 이 높은 상태로 형성될 수 있다.
상기 언급된 (메타)아크릴계 폴리머의 예는, 메틸 (메타)아크릴레이트, 부틸 (메타)아크릴레이트 및 시클로헥실 (메타)아크릴레이트와 같은 (메타)아크릴계 모노머들을 공중합시켜 획득된 폴리머들을 포함한다. 특히, 폴리 메틸 메타크릴레이트가 바람직하다.
상기 언급된 올레핀계 폴리머의 바람직한 예는 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌을 포함한다.
상기 언급된 환형 올레핀계 폴리머는, 환형 올레핀을 중합 단위로서 사용하여 중합된 수지에 대한 일반 명칭이며, 그 예는 일본 공개특허공보 평 01-240517호, 일본 공개특허공보 평 03-14882호, 일본 공개특허공보 평 03-122137호 등에 기재되어 있는 수지들을 포함한다. 환형 올레핀계 폴리머는 환형 올레핀과 다른 모노머의 코폴리머일 수 있다. 환형 올레핀계 폴리머의 구체예는, 환형 올레핀의 개환 (코)폴리머, 환형 올레핀의 부가 중합에 의해 획득된 폴리머, 환형 올레핀과 α-올레핀, 예컨대, 에틸렌 또는 프로필렌의 코폴리머 (통상적으로, 랜덤 코폴리머), 이 폴리머들을 불포화 카르복실산 또는 그 유도체로 변성함으로써 획득된 그래프트 변성 폴리머, 및 그 수소화물을 포함한다. 환형 올레핀의 구체예들은 노르보르넨계 모노머를 포함한다.
노르보르넨계 모노머의 예는, 노르보르넨, 그 알킬 및/또는 알킬리덴 치환물, 예컨대, 5-메틸-2-노르보르넨, 5-디메틸-2-노르보르넨, 5-에틸-2-노르보르넨, 5-부틸-2-노르보르넨, 및 5-에틸리덴-2-노르보르넨, 및 그 극성기 (예컨대, 할로겐) 치환물; 디시클로펜타디엔 및 2,3-디히드로디시클로펜타디엔; 디메타노옥타히드로나프탈렌, 그 알킬 및/또는 알킬리덴 치환물, 및 그 극성기 (예컨대, 할로겐) 치환물, 예컨대, 6-메틸-1,4：5,8-디메타노-1,4,4a,5,6,7,8,8a-옥타히드로나프탈렌, 6-에틸-1,4：5,8-디메타노-1,4,4a,5,6,7,8,8a-옥타히드로나프탈렌, 6-에틸리덴-1,4：5,8-디메타노-1,4,4a,5,6,7,8,8a-옥타히드로나프탈렌, 6-클로로-1,4：5,8-디메타노-1,4,4a,5,6,7,8,8a-옥타히드로나프탈렌, 6-시아노-1,4：5,8-디메타노-1,4,4a,5,6,7,8,8a-옥타히드로나프탈렌, 6-피리딜-1,4：5,8-디메타노-1,4,4a,5,6,7,8,8a-옥타히드로나프탈렌, 및 6-메톡시카르보닐-1,4：5,8-디메타노-1,4,4a,5,6,7,8,8a-옥타히드로나프탈렌; 시클로펜타디엔의 삼량체 및 사량체, 예컨대, 4,9：5,8-디메타노-3a,4,4a,5,8,8a,9,9a-옥타히드로-1H-벤조인덴 및 4,11：5,10：6,9-트리메타노-3a,4,4a,5,5a,6,9,9a,10,10a,11,11a-도데카히드로-1H-시클로펜타안트라센을 포함한다. 환형 올레핀계 폴리머는 노르보르넨계 모노머 및 다른 모노머의 코폴리머일 수 있다.
상기 언급된 폴리카보네이트계 폴리머로서, 방향족 폴리카보네이트가 바람직하게 사용된다. 방향족 폴리카보네이트는, 통상적으로 카보네이트 전구체 물질과 방향족 디페놀 화합물의 반응에 의해 획득될 수 있다. 카보네이트 전구체 물질의 구체예는, 포스겐, 디페놀류, 예컨대 비스클로로포르메이트, 디페닐카보네이트, 디-p-톨릴카보네이트, 페닐-p-톨릴카보네이트, 디-p-클로로페닐카보네이트, 및 디나프틸카보네이트를 포함한다. 그 중에서, 포스겐 및 디페닐카보네이트가 바람직하다. 방향족 디페놀 화합물의 구체예는, 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(4-히드록시-3,5-디메틸페닐)프로판, 비스(4-히드록시페닐)메탄, 1,1-비스(4-히드록시페닐)에탄, 2,2-비스(4-히드록시페닐)부탄, 2,2-비스(4-히드록시-3,5-디메틸페닐)부탄, 2,2-비스(4-히드록시-3,5-디프로필페닐)프로판, 1,1-비스(4-히드록시페닐)시클로헥산, 및 1,1-비스(4-히드록시페닐)-3,3,5-트리메틸시클로헥산을 포함한다. 이들은 단독으로, 또는 조합하여 사용될 수 있다. 바람직하게는, 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판, 1,1-비스(4-히드록시페닐)시클로헥산 및 1,1-비스(4-히드록시페닐)-3,3,5-트리메틸시클로헥산이 사용된다. 특히 바람직하게는, 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판 및 1,1-비스(4-히드록시페닐)-3,3,5-트리메틸시클로헥산이 조합하여 사용된다.
상기 언급된 폴리우레탄계 폴리머의 예는, 폴리에스테르계 폴리우레탄 (예컨대, 변성된 폴리에스테르 우레탄, 수분산성 폴리에스테르 우레탄, 및 용제계 폴리에스테르 우레탄), 폴리에테르계 폴리우레탄, 및 폴리카보네이트계 폴리우레탄을 포함한다.
상기 언급된 폴리에스테르계 폴리머의 바람직한 예는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 등을 포함한다.
본 발명에 의한 광학 보상 필름의 제조 방법은 통상적으로 전단 응력을 가하는 것에 의해 필름을 형성하는 단계를 포함한다. 전단 응력은 필름의 형성 동안 가해져, 비액정 폴리머들을 경사 배향으로 배열한다. 전단 응력을 가하는 것에 의해 필름을 형성하는 방법의 예는, 주변 속도, 회전 방향, 직경, 형상, 또는 재질이 상이한 2개의 벨트들 또는 롤들 사이에 비액정 폴리머들을 통과시켜 비액정 폴리머 필름을 획득하는 방법, 및 수축성 및/또는 연신성이 상이한 2개의 기재들 사이에 협지된 비액정 폴리머들에 열 또는 응력을 가하는 방법을 포함한다. 예를 들어, 주변 속도가 상이한 2개의 롤들 사이에 비액정 폴리머들을 통과시키는 경우, 주변 속도 차이가 커질 때, 경사 각도가 커질 수 있다. 임의의 적합한 형성 방법, 예를 들어, 캐스팅 방법 또는 압출 방법이 필름 형성 방법으로서 채용될 수 있다. 필름 형성에 사용되는 비액정 폴리머들은 용융 상태일 수 있다. 선택적으로, 필름 형성에 의해 획득된 비액정 폴리머 필름이 사용될 수도 있다.
상술된 제조 방법은, 필요에 따라, 상술한 필름 형성 단계에서 획득된 비액정 폴리머 필름을 더 배향하는 단계를 포함할 수 있다. 배향 방법의 예는, 종일축 연신법, 횡일축 연신법, 및 비액정 폴리머 필름을 두께 방향으로 배향시키는 방법을 포함한다. 비액정 폴리머 필름을 두께 방향으로 배향시키는 방법의 구체예는, 필름 형성 단계에서 획득된 비액정 폴리머 필름의 양면에 수축성 필름들을 부착하고, 종일축 연신법을 적용하여 가열 연신을 수행하는 방법이다. 배향 처리를 위해서, 배향 방법들이 조합하여 사용될 수 있다. 전단 응력을 가하는 것에 의해 형성된 비액정 폴리머 필름을 더 배향하는 경우, 원하는 면내 위상차 및 두께 방향 위상차를 갖는 광학 보상 필름이 획득될 수 있다. 연신 방법 및 연신 조건 (연신비 및 온도) 은, 예를 들어, 비액정 폴리머들의 종류 및 원하는 광학 특성에 기초하여 적절히 연신될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 광학 보상 필름이 제조되는 경우, 복잡한 경사 배향 처리가 요구되지 않는다. 연신 처리 또는 수축 처리가 경사 배향 이후 수행되는 경우, 광학 특성이 용이하게 제어되어, 원하는 위상차를 획득할 수 있다. 이러한 경사 배향 이후의 위상차 제어는, 종래의 액정 재료를 경화시킴으로써 획득된 경사 배향형 광학 보상 필름에 대해서는 수행될 수 없다. 이것은 본 발명에 의한 광학 보상 필름의 이점 중 하나이다. 배향 처리는 일반적인 연신 처리에 의해 수행될 수 있으므로, 필름 두께 및 필름 폭의 설정의 자유도가 높다. 그 결과, 원하는 광학 특성을 갖는 광학 보상 필름이 저비용으로 설계될 수 있다.
제조 방법에 따라서, 필름 형성 단계 및 배향 단계가 연속적으로 수행될 수 있다. 따라서, 종래의 액정 재료에 대해 도포, 건조, 및 경화를 수행함으로써 획득된 광학 보상 필름보다 생산성이 보다 높고 품질이 보다 균일한 광학 보상 필름이 획득될 수 있다.
본 발명에 의한 광학 보상 필름의 두께는, 본 발명의 효과가 획득되는 한 임의의 적합한 두께로 설정될 수 있다. 두께는 바람직하게 10 ㎛ ~ 300 ㎛ 의 범위이고, 보다 바람직하게 20 ㎛ ~ 200 ㎛ 의 범위이다.
편광자에 적층된, 본 발명에 의한 광학 보상 필름은 종래의 액정 재료를 사용한 경사 배향형 광학 보상 필름 (예를 들어, Fuji Photo Film Co., Ltd. 에 의해 제조된 제품명 "WV-필름") 보다 편광해소 (depolarization) 가 더 작으므로, 편광 상태가 더욱 개선될 수 있다. 그 결과, 정면 콘트라스트가 우수한 액정 패널 (특히, TN 모드 액정 패널) 이 획득될 수 있다. 본 발명에 의한 광학 보상 필름은 비액정 폴리머들을 포함하므로, 편광자용 보호 필름으로서 적합하게 사용될 수 있다.
B. 광학 보상 필름 일체형 편광판
본 발명에 의한 광학 보상 필름 일체형 편광판은, 본 발명에 의한 광학 보상 필름과 편광자를 포함한다. 본 발명에 의한 광학 보상 필름은, 종래의 액정 재료를 사용한 경사 배향형 광학 보상 필름보다 편광해소가 더 작다. 따라서, 본 발명에 의한 광학 보상 필름이 편광자에 적층되는 경우, 보다 높은 편광 상태가 획득될 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시형태에 의한 광학 보상 필름 일체형 편광판을 나타낸 개략 단면도이다. 도 2 에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의한 광학 보상 필름 일체형 편광판 (100) 은, 편광자 (10) 및 광학 보상 필름 (20) 을 포함한다. 광학 보상 필름 일체형 편광판 (100) 에서는, 필요에 따라, 임의의 적합한 보호 필름 (미도시) 이 편광자 (10) 및 광학 보상 필름 (20) 사이 및/또는 편광자 (10) 의 광학 보상 필름 (20) 이 배치되지 않는 측에 제공될 수 있다. 광학 보상 필름 일체형 편광판 (100) 에 포함된 각 층들 (필름들) 은 임의의 적절한 점착제층들 또는 접착제층들 (미도시) 을 개재하여 제공된다. 보호 필름이 편광자 (10) 및 광학 보상 필름 (20) 사이에 제공되지 않는 경우, 광학 보상 필름 (20) 은 편광자 (10) 용 보호 필름의 역할을 할 수 있다.
편광자 (10) 및 광학 보상 필름 (20) 은, 편광자의 흡수축 및 광학 보상 필름의 지상축에 의해 임의의 적합한 각도를 정의하도록 적층된다. 광학 보상 필름 일체형 편광판 (100) 이 TN 모드 액정 표시 장치에 사용되는 경우, 편광자 (10) 및 광학 보상 필름 (20) 은, 흡수축과 지상축이 실질적으로 서로 직교하도록 적층되는 것이 바람직하다. "실질적으로 직교" 라는 구절은 90°±3°의 범위, 바람직하게는 90°±1°의 범위를 나타내는 것임에 유의한다.
상기 언급된 편광자로서, 임의의 적합한 편광자가 목적에 따라 채택될 수 있다. 편광자의 예는 폴리비닐알코올계 필름, 부분 포말화된 폴리비닐알코올계 필름, 또는 부분 비누화된 에틸렌/아세트산 비닐 코폴리머계 필름과 같은 친수성 폴리머 필름에 요오드 또는 이색성 염료와 같은 이색성 물질을 흡착시키고 그 필름을 일축 연신함으로써 제조된 필름; 폴리비닐알코올의 탈수화물 또는 폴리 염화 비닐의 탈염산화물과 같은 폴리엔계 배향 필름 등을 포함한다. 그 중에서도, 폴리비닐알코올계 필름에 요오드와 같은 이색성 물질을 흡착시키고 그 필름을 일축 연신함으로써 제조된 편광자가, 높은 편광 이색성 (dichromaticity) 때문에 특히 바람직하다. 편광자의 두께는 특별히 제한되지 않지만, 일반적으로 약 1 ㎛ ~ 80 ㎛ 이다.
폴리비닐알코올계 필름에 요오드를 흡착시키고 그 필름을 일축 연신함으로써 제조된 편광자는, 예를 들어, 폴리비닐알코올을 염색을 위해 요오드의 수용액에 침지하고; 그리고 그 필름을 원래 길이의 3 ~ 7 배로 연신함으로써 제조될 수 있다. 수용액은 필요에 따라 붕산, 황산 아연, 염화 아연 등을 포함할 수 있거나, 또는 폴리비닐 알코올계 필름이 요오드화 칼륨 등의 수용액에 침지될 수도 있다. 또한, 폴리비닐알코올계 필름이 필요에 따라 염색 이전에 물에 침지 및 수세될 수 있다.
폴리비닐알코올계 필름의 수세는, 폴리비닐알코올계 필름 표면의 오염을 제거 또는 블로킹 방지제의 세정을 허용할 뿐만 아니라, 폴리비닐알코올계 필름을 팽윤시킴으로써 불균일한 염색과 같은 불균일을 방지하는 효과도 또한 제공한다. 필름의 연신은 필름을 요오드로 염색한 이후에 수행될 수 있거나, 필름의 염색 동안 수행될 수 있거나, 또는 필름을 요오드로 염색하기 이전에 수행될 수 있다. 연신은 붕산 또는 요오드화 칼륨의 수용액에서, 또는 수욕 (water bath) 에서 수행될 수 있다.
C. 액정 표시 장치
본 발명에 의한 액정 표시 장치는, 액정 셀; 및 그 액정 셀의 적어도 일측에 제공되는, 섹션 A 에 기재된 광학 보상 필름 및 섹션 B 에 기재된 광학 보상 필름 일체형 편광판 중 하나를 포함한다. 도 3 은 본 발명의 바람직한 실시형태에 의한 액정 표시 장치의 액정 패널을 나타낸 개략 단면도이다. 액정 패널 (200) 은, 액정 셀 (30); 액정 셀 (30) 의 양측에 제공된 광학 보상 필름들 (20 및 20'); 및 각각의 광학 보상 필름들의 액정 셀과 반대되는 측들에 제공되는 편광자 (10 및 10') 를 포함한다. 광학 보상 필름 (20 및 20') 의 적어도 하나는 섹션 A 에 기재된 본 발명에 의한 광학 보상 필름이다. 편광자 (10 및 10') 는 통상적으로 그 흡수축들이 서로 직교하도록 제공된다. 광학 보상 필름 (20 및 20') 중 하나는 본 발명에 의한 액정 표시 장치의 목적 및 액정 셀의 배향 모드에 따라 생략될 수도 있다. 섹션 B 에 기재된, 본 발명에 의한 광학 보상 필름 일체형 편광판이, 광학 보상 필름 (20 (20')) 및 편광자 (10 (10')) 로서 바람직하게 사용될 수도 있다.
액정 셀 (30) 은, 1 쌍의 유리 기판 (31, 31') 및 기판들 사이에 제공된 표시 매체로서의 액정 층 (32) 을 포함한다. 하나의 기판 (액티브 매트릭스 기판)(31') 은 액정의 전기광학 특성을 제어하기 위한 스위칭 소자 (통상적으로 TFT), 스위칭 소자에 게이트 신호를 제공하기 위한 주사선, 및 스위칭 소자에 소스 신호를 제공하기 위한 신호선을 포함한다 (모두 미도시). 다른 기판 (컬러 필터 기판)(31) 은 컬러 필터 (미도시) 를 포함한다. 컬러 필터가 액티브 매트릭스 기판 (31') 상에 물론 제공될 수도 있음에 유의한다. 기판들 (30 및 30') 사이의 거리 (셀 갭) 는 스페이서 (미도시) 에 의해 제어된다. 배향막, 예를 들어, 폴리이미드로 형성된 배향막 (미도시) 이, 액정 층 (32) 과 접촉하는 기판 (30 및 30') 의 각 측면에 제공된다.
액정 셀의 구동 모드로서, 본 발명의 효과를 획득할 수 있는 한 임의의 적합한 구도 모드가 채택될 수 있다. 구동 모드는 바람직하게 트위스티드 네마틱 (TN) 모드, 밴드 네마틱 (OCB) 모드, 또는 전계 제어 복굴절 (ECB) 모드이다. 그 중에서, TN 모드가 보다 바람직하다. 이것은, 상술한 바와 같은 광학 보상 필름 또는 광학 보상 필름 일체형 편광판 및 구동 모드가 조합하여 적용되고, 그로 인해 우수한 시야각 개선 효과가 획득될 수 있기 때문이다.
상술한 TN 모드 액정 셀은, 정의 유전 이방성을 갖는 네마틱 액정이 2 개의 기판들 사이에 협지되고, 액정 분자들의 배향이 유리 기판의 표면 배향 처리에 의해 90 도로 트위스트되는 액정 셀이다. 구체적으로, "액정 사전", Baifukan Co., Ltd., 158 페이지 (1989년) 에 기재된 액정 셀, 및 일본 공개특허공보 소 63-279229 호에 기재된 액정 셀이 있다.
밴드 네마틱 (OCB: Optically Compensated Bend or Optically Compensated Birefringence) 모드의 액정 셀은, 전압 제어 복굴절 (ECB: Electrically Controlled Birefringence) 효과에 기초하여, 전압 무인가시, 정의 유전 이방성을 갖는 네마틱 액정이 투명 전극들 사이에서 밴드 배향되는 한편 그 중앙부가 트위스트 배향되는, 액정 셀이다. OCB 모드 액정 셀은 또한 "π셀" 로 불린다. 구체적으로, "차세대 액정 디스플레이", Kyoritsu Shuppan Co., Ltd., 11 페이지 ~ 27 페이지 (2000년) 에 기재된 액정 셀, 및 일본 공개특허공보 평 7-084254 호에 기재된 액정 셀이 있다.
ECB 모드에서, 전압 무인가시, 액정 셀의 액정 분자들은 소정 방향으로 배향된다. 전압 인가시, 액정 분자들은 소정 방향에 대해 소정 각도로 기울어져, 이로 인해 편광 상태가 복굴절 효과에 기초하여 변화되어 표시를 한다. ECB 모드에서, 액정 분자들의 기울기는 인가되는 전압값에 의존하여 변화되고, 투과광 강도는 변화된 기울기에 의존하여 변화된다. 따라서, 백색광이 액정 셀에 입사된 경우, 검광자 (시인측에 위치한 편광자) 를 통과한 광은 간섭 현상에 의해 착색되고, 착색된 광의 색조는 액정 분자들의 기울기 (인가된 전압 값) 에 의존하여 변화된다. 그 결과, ECB 모드는, 컬러 표시가 단순한 구조 (예를 들어, 컬러 필터를 제공하지 않는 구조) 에 의해서도 달성될 수 있다는 이점을 가진다. 본 발명에서, 상술한 바와 같은 구동 메커니즘 (표시 메커니즘) 이 제공되는 한, 임의의 적합한 ECB 모드가 채용될 수 있다. 그 구체예는, 호메오트로픽 (DAP: Deformation of Vertically Aligned Phases) 방식, 호모지니어스 방식, 및 하이브리드 (HAN: Hybrid Aligned Nematic) 방식을 포함한다.
본 발명의 액정 표시 장치의 용도는 특별히 제한되지 않으며, 그 액정 표시 장치는 다양한 용도로 사용될 수 있다: 예를 들어, 퍼스널 컴퓨터 모니터, 랩탑 퍼스널 컴퓨터, 및 복사기와 같은 사무 자동화 (OA) 기기; 휴대 전화, 시계, 디지털 카메라, 휴대 정보 단말 (PDA), 및 휴대 게임기와 같은 휴대용 기기; 비디오 카메라, 액정 텔레비젼, 및 전자 렌지와 같은 가정용 전자 기기; 백 모니터, 카 내비게이션 시스템 모니터, 및 카 오디오와 같은 차재용 기기; 상업 정보 모니터와 같은 전시 기기; 감시용 모니터와 같은 경비 기기; 및 개호용 모니터 및 의료용 모니터와 같은 개호 및 의료 기기.
이하, 실시예를 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명한다. 하지만, 본 발명은 실시예에 한정되지 않는다. 실시예 및 비교예에서 적용된 각 측정 방법은 다음과 같다.
(1) 복굴절률
복굴절률을 아베 굴절계 (제품명 "DR-M4", Atago Co., Ltd. 에 의해 제조) 를 사용하여 측정하였다.
(2) 위상차 값 (Re［590］, Rth［590］)
위상차 값을 Axometrics, Inc. 에 의해 제조된 "Axoscan" (제품명) 을 이용하여 파장 590 nm 및 23℃ 에서 측정하였다.
(3) 평균 경사 각도
굴절률 na, nb, nc 및 위상차 값 δ (지상축에 수직인 방향으로 극각 -50°~＋50°(법선 방향은 0°에 상응함) 범위에서 5°간격으로 측정한 위상차 값) 를 하기 식 (I) 및 식 (II) 에 대입해, 평균 경사 각도 (β) 를 획득했다. 사용될 위상차 값은, Axometrics, Inc. 에 의해 제조된 "Axoscan" (제품명) 을 이용하여 파장 590 nm 및 23℃ 에서 측정하였다. 사용된 각 굴절률은, 아베 굴절계 (제품명 "DR-M4", Atago Co., Ltd. 에 의해 제조) 를 사용하여 측정하였다.
Figure pat00002
(4) 정면 콘트라스트
백색 화상 및 흑색 화상이 액정 표시 장치에 표시되는 경우 XYZ 표시계에서의 Y 값을, 휘도계 ("BM-5", Topcon Corporation 제조) 를 사용하여 측정하였다. 정면 방향에서의 콘트라스트 비 ("YW/YB") 는, 백색 화상의 경우 획득된 Y 값 (YW: 백색 휘도) 및 흑색 화상의 경우 획득된 Y 값 (YB： 흑색 휘도) 에 기초하여 산출되었다.
(5) 시야각 특성 (콘트라스트의 시야각 의존성)
백색 화상 및 흑색 화상이 액정 표시 장치에 표시되는 동안, 시야각 특성을 Autronic Melchers GmbH 에 의해 제조된 "Conoscope" (제품명) 를 사용하여 측정하였다.
(6) 필름 두께
필름 두께를 Otsuka Electronics Co., Ltd. 에 의해 제조된 "MCPD-3000" (제품명) 을 사용하여 측정하였다.
(7) 외관 균일성
액정 표시 장치를 80℃ 에서 200 시간 동안, 또는 60℃ 및 90%RH 에서 200 시간 동안 방치한 후, 흑색 화상을 실온에서 30분 동안 표시하였다. 그 후, 블랙 화상을 대략 수 미터의 거리에서 육안으로 검사하여, 광 누설 부분의 유무를 결정하였다. 흑색 화상이 표시되는 액정 표시 장치의 전체 화면 영역의 휘도 분포를 휘도계 (제품명 "CA1500", Konica Minolta Sensing, Inc. 에 의해 제조) 를 사용하여 측정하였다. 화면에서의 최소 휘도 및 최대 휘도 사이의 비를 휘도비 (최대 휘도/최소 휘도) 로 산출하였다.
［실시예 1］
폴리카보네이트계 폴리머 필름을 200℃ 에서 가열하고, 주변 속도가 상이한 2개의 롤들 (롤 A 및 롤 B)(롤 A 의 주변 속도는 5.0 m/min. 이고, 롤 B 의 주변 속도는 7.5 m/min. 였음) 사이를 흐르게 하여 150 ㎛ 의 두께를 갖는 필름을 획득하였다. 그 후, 획득된 필름을 1.5 배로 횡일축 연신하여, 100 ㎛ 의 두께를 갖는 광학 보상 필름-1 을 획득하였다. 광학 보상 필름-1 에서, 복굴절률 (Δn) 은 0.0013 이고, 면내 위상차 값 (Re) 은 100 nm 이고, 두께 방향의 위상차 (Rth) 는 130 nm 이고, 평균 경사 각도 (β) 는 44°였다. 즉, 광학 보상 필름-1 은, "nx＞ny＞nz" 의 굴절률 관계를 만족하는, 이축성 경사 배향형 광학 보상 필름이었다.
폴리비닐알코올 필름을, 요오드를 포함한 수용액에서 염색하고, 이후 그 필름을, 붕산을 포함한 수용액에서 주변 속도가 상이한 롤들 사이에서 6배로 일축 연신하여 편광자를 획득하여다. 상기 언급된 광학 보상 필름-1 을 폴리비닐알코올계 접착제 (두께 0.1 ㎛) 를 개재하여 편광자의 일 표면에 부착하였다. 이 경우, 편광자 및 광학 보상 필름-1 은, 편광자의 흡수축과 광학 보상 필름-1 의 지상축이 서로 직교하도록 적층되었다. 이후, 보호 필름 (트리아세틸셀룰로오스 필름 (제품명 "KC4UYW"), Konica Minolta Opto, Inc. 제조, 두께: 40 ㎛) 을 폴리비닐알코올계 접착제 (두께 0.1 ㎛) 를 개재하여 편광자의 타 표면에 부착하여, 광학 보상 필름 일체형 편광판-1 을 획득하였다.
TN 모드 액정 셀을 포함하는 20 인치 액정 모니터 (제품명 "SyncMaster T240", Samsung 에 의해 제조) 로부터 액정 패널을 꺼냈다. 액정 셀의 양측에 제공된 편광판을 제거하고, 액정 셀의 유리 표면 (정면 기판 및 후면 기판의 표면) 을 세정하였다. 계속해서, 복수의 광학 보상 필름 일체형 편광판-1 을, 아크릴계 점착제 (두께: 20 ㎛) 에 의해 액정 셀의 시인측 표면 및 백라이트측 표면에 각각 부착하였다. 이 경우, 광학 보상 필름 일체형 편광판-1 은, 광학 보상 필름-1 이 액정 셀 측에 배치되고, 시인측 및 백라이트측에 배치된 편광자들의 흡수축들이 서로 직교하도록 적층되었다. 획득된 액정 패널을 원래의 액정 모니터에 조립하여 액정 표시 장치-1 을 획득하였다. 획득된 액정 표시 장치-1 의 정면 콘트라스트, 시야각 특성, 및 외관 균일성을 측정하였다. 결과를 표 1, 및 도 4a 및 도 4b 에 나타낸다. 도 4a, 도 5a, 도 6a, 도 7a, 도 8a 및 도 9a 는, 시야각이 정면 방향으로부터 변화되는 경우 모든 방위 및 각도에서의 콘트라스트 분포를 나타낸다. 도 4b, 도 5b, 도 6b, 도 7b, 도 8b 및 도 9b 는, 전체 흑색 화상 영역의 휘도 분포를 나타낸다. 도 4b, 도 5b, 도 6b, 도 7b, 도 8b 및 도 9b 에서, 흑색 부분은 저휘도 상태를 나타내고, 백색 부분은 고휘도 상태를 나타내며, 그리고 전부-흑색 상태가 정상 표시 상태를 나타낸다.
［실시예 2］
폴리프로필렌의 펠릿을 115℃ 에서 용융하고, 이후 다이로부터 압출하고, 회전 방향이 서로 상이하고 주변 속도가 2.7 m/min 인 2 개의 벨트들 사이에서 흐르게 하여, 80 ㎛ 의 두께를 갖는 필름을 획득하였다. 그 후, 획득된 필름을 1.8 배로 횡일축 연신하여, 50 ㎛ 의 두께를 갖는 광학 보상 필름-2 를 획득하였다. 광학 보상 필름-2 에서, 복굴절률 (Δn) 은 0.0016 이고, 면내 위상차 값 (Re) 은 20 nm 이고, 두께 방향 위상차 (Rth) 는 80 nm 이며, 그리고 평균 경사 각도 (β) 는 44°였다. 즉, 광학 보상 필름-2 는, "nx＞ny＞nz" 의 굴절률 관계를 만족하는, 이축성 경사 배향형 광학 보상 필름이었다.
광학 보상 필름-1 대신에 광학 보상 필름-2 를 사용하는 것을 제외하고 실시예 1 과 동일한 공정을 수행하여, 광학 보상 필름 일체형 편광판-2 및 액정 표시 장치-2 를 획득하였다. 획득된 액정 표시 장치-2 의 정면 콘트라스트, 시야각 특성, 및 외관 균일성을 측정하였다. 결과를 표 1, 및 도 5a 및 도 5b 에 나타낸다.
［실시예 3］
환형 올레핀 폴리머의 펠릿을 280℃ 에서 용융하고, 이후 다이로부터 압출하고, 주변 속도가 상이한 2개의 롤들 (롤 A 및 롤 B)(롤 A 의 주변 속도는 4.0 m/min. 이고, 롤 B 의 주변 속도는 5.4 m/min. 였음) 사이를 흐르게 하여 110 ㎛ 의 두께를 갖는 필름을 획득하였다. 그 후, 획득된 필름을 1.2 배로 횡일축 연신하여, 100 ㎛ 의 두께를 갖는 광학 보상 필름-3 을 획득하였다. 광학 보상 필름-3 에서, 복굴절률 (Δn) 은 0.0012 이고, 면내 위상차 값 (Re) 은 83 nm 이고, 두께 방향 위상차 (Rth) 는 120 nm 이며, 그리고 평균 경사 각도 (β) 는 40°였다. 즉, 광학 보상 필름-3 은, "nx＞ny＞nz" 의 굴절률 관계를 만족하는, 이축성 경사 배향형 광학 보상 필름이었다.
광학 보상 필름-1 대신에 광학 보상 필름-3 을 사용하는 것을 제외하고 실시예 1 과 동일한 공정을 수행하여, 광학 보상 필름 일체형 편광판-3 및 액정 표시 장치-3 을 획득하였다. 획득된 액정 표시 장치-3 의 정면 콘트라스트, 시야각 특성, 및 외관 균일성을 측정하였다. 결과를 표 1, 및 도 6a 및 도 6b 에 나타낸다.
［실시예 4］
우레탄 폴리머의 펠릿을 230℃ 에서 용융하고, 이후 다이로부터 압출하고, 주변 속도가 상이한 2개의 롤들 (롤 A 및 롤 B)(롤 A 의 주변 속도는 5.0 m/min. 이고, 롤 B 의 주변 속도는 6.5 m/min. 였음) 사이를 흐르게 하여 155 ㎛ 의 두께를 갖는 필름을 획득하였다. 그 후, 획득된 필름을 1.2 배로 횡일축 연신하여, 150 ㎛ 의 두께를 갖는 광학 보상 필름-4 를 획득하였다. 광학 보상 필름-4 에서, 복굴절률 (Δn) 은 0.0004 이고, 면내 위상차 값 (Re) 은 50 nm 이고, 두께 방향 위상차 (Rth) 는 60 nm 이며, 그리고 평균 경사 각도 (β) 는 40°였다. 즉, 광학 보상 필름-4 는, "nx＞ny＞nz" 의 굴절률 관계를 만족하는, 이축성 경사 배향형 광학 보상 필름이었다.
광학 보상 필름-1 대신에 광학 보상 필름-4 를 사용하는 것을 제외하고 실시예 1 과 동일한 공정을 수행하여, 광학 보상 필름 일체형 편광판-4 및 액정 표시 장치-4 를 획득하였다. 획득된 액정 표시 장치-4 의 정면 콘트라스트, 시야각 특성, 및 외관 균일성을 측정하였다. 결과를 표 1, 및 도 7a 및 도 7b 에 나타낸다.
［실시예 5］
폴리카보네이트 폴리머의 펠릿을 230℃ 에서 용융하고, 이후 다이로부터 압출하고, 주변 속도가 상이한 2개의 롤들 (롤 A 및 롤 B)(롤 A 의 주변 속도는 5.0 m/min. 이고, 롤 B 의 주변 속도는 5.5 m/min. 였음) 사이를 흐르게 하여 100 ㎛ 의 두께를 갖는 필름을 획득하였다. 그 후, 획득된 필름을 1.2 배로 횡일축 연신하여, 95 ㎛ 의 두께를 갖는 광학 보상 필름-5 를 획득하였다. 광학 보상 필름-5 에서, 복굴절률 (Δn) 은 0.0014 이고, 면내 위상차 값 (Re) 은 76 nm 이고, 두께 방향의 위상차 (Rth) 는 133 nm 이며, 그리고 평균 경사 각도 (β) 는 33°였다. 즉, 광학 보상 필름-5 는, "nx＞ny＞nz" 의 굴절률 관계를 만족하는, 이축성 경사 배향형 광학 보상 필름이었다.
광학 보상 필름-1 대신에 광학 보상 필름-5 를 사용하는 것을 제외하고 실시예 1 과 동일한 공정을 수행하여, 광학 보상 필름 일체형 편광판-5 및 액정 표시 장치-5 를 획득하였다. 획득된 액정 표시 장치-5 의 정면 콘트라스트, 시야각 특성, 및 외관 균일성을 측정하였다. 결과를 표 1, 및 도 8a 및 도 8b 에 나타낸다.
［비교예 1］
광학 보상 필름-1 대신에 "WV-필름" (제품명, Fuji Photo Film Co., Ltd. 제조) 을 사용하는 것을 제외하고 실시예 1 과 동일한 공정을 수행하여, 광학 보상 필름 일체형 편광판-c1 및 액정 표시 장치-c1 을 획득하였다. 획득된 액정 표시 장치-c1 의 정면 콘트라스트, 시야각 특성, 및 외관 균일성을 측정하였다. 결과를 표 1, 및 도 9a 및 도 9b 에 나타낸다. "WV-필름" 에서, 면내 위상차 값 (Re) 은 40 nm 이고, 두께 방향 위상차 (Rth) 는 165 nm 이며, 그리고 평균 경사 각도 (β) 는 16°였다.
Figure pat00003
표 1 에 나타낸 바와 같이, 실시예에서 획득된 광학 보상 필름들의 각각은 비액정 폴리머들을 포함한 이축성 경사 배향형 광학 보상 필름이었다. 도 4a, 도 4b, 도 5a, 도 5b, 도 6a, 도 6b, 도 7a, 도 7b, 도 8a, 도 8b, 도 9a 및 도 9b, 그리고 표 1 에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의한 광학 보상 필름을 사용하는 액정 표시 장치는, 광시야각에서 높은 콘트라스트를 가지고, 외관 균일성 측면에서 비교예 1 에 의한 액정 표시 장치보다 훨씬 더 우수하였다. 표 1 에 나타낸 바와 같이, 획득된 정면 콘트라스트는 비교예 1 에 의한 액정 표시 장치와 비교하여 우수하였다. 따라서, 본 발명의 광학 보상 필름에 따라서, 종래 액정 재료를 사용한 경사 배향형 광학 보상 필름의 경우에서와 같이, 시야각 보상이 액정 표시 장치 (특히, TN 모드 액정 표시 장치) 에 대해서 적합하게 수행될 수 있다. 또한, 종래 액정 재료를 사용한 경사 배향형 광학 보상 필름보다 외관 균일성 및 정면 콘트라스트가 보다 우수한 액정 표시 장치가 획득될 수 있다. 본 발명에 의한 광학 보상 필름은 복잡한 제조 공정을 필요로 하지 않으므로, 종래 액정 재료를 사용한 경사 배향형 광학 보상 필름과 비교하여 우수한 비용 성능이 획득될 수 있다. 도 4a, 도 4b, 도 5a, 도 5b, 도 6a, 도 6b, 도 7a, 도 7b, 도 8a, 도 8b, 도 9a 및 도 9b 에서, 콘트라스트 값 (백색 표시 동안의 휘도 및 흑색 표시 동안의 휘도 사이의 비) 이 100 이상인 영역이 핑크로 착색되고, 콘트라스트 10 이하인 영역이 파랑으로 착색된다. 표시된 계조는 콘트라스트 값이 증가함에 따라 파랑에서 핑크로 변화된다.
본 발명에 의한 광학 보상 필름 및 광학 보상 필름 일체형 편광판은, 액정 표시 장치에 적합하게 사용될 수 있다. 본 발명에 의한 광학 보상 필름 및 광학 보상 필름 일체형 편광판은, TN 모드, OCB 모드, 또는 ECB 모드의 액정 표시 장치에 보다 더 적합하게 사용될 수 있다.
본 발명의 범위 및 사상을 벗어나지 않는 많은 다른 변경들이 당업자들에게 명백하며, 당업자에 의해 용이하게 실행될 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위의 범위가 상세한 설명의 상세에 의해 제한되는 것으로 의도되지 않으며, 오히려 넓게 해석되어야 함을 이해해야 한다.

Claims (20)

  1. 경사 배향 (tilt alignment) 으로 배열된 비액정 폴리머들을 포함하는 광학 보상 필름으로서,
    상기 광학 보상 필름은 하기 식 (1) 및 식 (2) 를 만족하고,
    (1) 3 [nm]≤(nx-ny)×d; 및
    (2) 5°＜β,
    여기서, 3 차원 좌표계의 평면 방향 축들인 X 축 및 Y 축이 서로 직교하고, 상기 X 축 및 상기 Y 축에 대해 두께 방향으로 수직인 축이 Z 축으로 정의되는 경우, nx 및 ny 는 각각 상기 광학 보상 필름의 XY 면내의 최대 굴절률 및 최소 굴절률을 나타내고, d 는 필름 두께 [nm] 를 나타내며, 그리고 β 는 상기 광학 보상 필름의 YZ 면내의 상기 최소 굴절률 ny 를 제공하기 위한 방향 및 최대 굴절률 nb 를 제공하기 위한 방향 사이에 형성된 각도를 나타내는, 광학 보상 필름.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 보상 필름은, 복굴절률 (Δn) 이 0.0001 ~ 0.02 의 범위인, 광학 보상 필름.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 보상 필름은, 광 탄성 계수가 1×10-12 ㎡/N ~ 9×10-11 ㎡/N 의 범위인, 광학 보상 필름.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 보상 필름은 nx＞ny＞nz 및 nx＞ny=nz (여기서, nz 는 두께 방향의 굴절률을 나타냄) 중 하나의 굴절률 관계를 만족하는, 광학 보상 필름.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 비액정 폴리머들은, (메타)아크릴계 폴리머, 스티렌계 폴리머, 올레핀계 폴리머, 환형 올레핀계 폴리머, 폴리아릴레이트계 폴리머, 폴리카보네이트계 폴리머, 폴리술폰계 폴리머, 폴리우레탄계 폴리머, 폴리이미드계 폴리머, 폴리에스테르계 폴리머, 및 폴리비닐 알코올계 폴리머로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 1종의 폴리머를 포함하는, 광학 보상 필름.
  6. 경사 배향으로 배열된 비액정 폴리머들을 포함하는 광학 보상 필름으로서,
    3 차원 좌표계의 평면 방향 축들인 X 축 및 Y 축이 서로 직교하고, 상기 X 축 및 상기 Y 축에 대해 두께 방향으로 수직인 축이 Z 축으로 정의되는 경우, 상기 광학 보상 필름은 상기 광학 보상 필름의 XY 면, YZ 면, 및 ZX 면 중 어느 면에도 평행하지 않는 면에서 2개의 광축들을 포함하는, 광학 보상 필름.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 광학 보상 필름은, 상기 비액정 폴리머들의 경사 방향에 대해 수직인 방향으로 배향축을 포함하는, 광학 보상 필름.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 광학 보상 필름은, 복굴절률 (Δn) 이 0.0001 ~ 0.02 의 범위인, 광학 보상 필름.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 광학 보상 필름은, 광 탄성 계수가 1×10-12 ㎡/N ~ 9×10-11 ㎡/N 의 범위인, 광학 보상 필름.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 광학 보상 필름은 nx＞ny＞nz 및 nx＞ny=nz (여기서, nz 는 두께 방향의 굴절률을 나타냄) 중 하나의 굴절률 관계를 만족하는, 광학 보상 필름.
  11. 광학 보상 필름 일체형 편광판으로서,
    제 1 항에 기재된 광학 보상 필름; 및
    상기 광학 보상 필름에 인접하여 제공되는 편광자를 포함하는, 광학 보상 필름 일체형 편광판.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 광학 보상 필름은 상기 편광자에 대한 보호 필름으로 작용하는, 광학 보상 필름 일체형 편광판.
  13. 광학 보상 필름 일체형 편광판으로서,
    제 6 항에 기재된 광학 보상 필름; 및
    상기 광학 보상 필름에 인접하여 제공되는 편광자를 포함하는, 광학 보상 필름 일체형 편광판.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 광학 보상 필름은 상기 편광자에 대한 보호 필름으로 작용하는, 광학 보상 필름 일체형 편광판.
  15. 액정 셀; 및
    상기 액정 셀의 측들 중 적어도 일측에 제공되는 제 1 항에 기재된 광학 보상 필름을 포함하는, 액정 표시 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 액정 셀은 TN 모드, OCB 모드 및 ECB 모드로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 구동 모드인, 액정 표시 장치.
  17. 액정 셀; 및
    상기 액정 셀의 측들 중 적어도 일측에 제공되는 제 6 항에 기재된 광학 보상 필름을 포함하는, 액정 표시 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 액정 셀은 TN 모드, OCB 모드 및 ECB 모드로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 구동 모드인, 액정 표시 장치.
  19. 액정 셀; 및
    상기 액정 셀의 측들 중 적어도 일측에 제공되는 제 11 항에 기재된 광학 보상 필름 일체형 편광판을 포함하는, 액정 표시 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 액정 셀은 TN 모드, OCB 모드 및 ECB 모드로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 구동 모드인, 액정 표시 장치.
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