KR20130005774A - Ｉｐｓ 모드 액정 표시 장치용 위상차 필름 및 이를 포함하는 액정표시장치 - Google Patents

Ｉｐｓ 모드 액정 표시 장치용 위상차 필름 및 이를 포함하는 액정표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 IPS 모드 액정 표시 장치용 위상차 필름 및 이를 포함하는 액정표시장치 에 관한 것으로, 보다 상세하게는 550nm 파장에서 하기 수학식 1로 표시되는 면방향 위상차 값이 60 ~ 200nm 이고, 하기 수학식 2로 표시되는 두께방향 위상차 값이 100 ~ 250nm인 아크릴계 필름, 및 무기물을 포함하는 바인더 수지로 이루어진 네가티브(negative) C 플레이트를 포함하는 IPS(in-plane switching) 모드 액정 표시 장치용 위상차 필름에 관한 것이다:
[수학식 1] Rin = (nx - ny) × d
[수학식 2] Rth = (nz - ny) × d
상기 수학식 1 및 수학식 2에 있어서,
nx는 필름의 면 방향에 있어서, 가장 굴절율이 큰 방향의 굴절율이고,
ny는 필름의 면 방향에 있어서, nx 방향의 수직 방향의 굴절율이며,
nz는 두께 방향의 굴절율이고,
d는 필름의 두께이다.
본 발명에 따른 위상차 보상필름은 면 방향 위상차 값 및 두께 방향 위상차 값을 적절하게 조절할 수 있고, 시야각 특성이 뛰어나며, 종래보다 얇은 편광판을 제공할 수 있으며, 특히 IPS모드에 사용되는 위상차 보상필름으로 적합하다.

Description

ＩＰＳ 모드 액정 표시 장치용 위상차 필름 및 이를 포함하는 액정표시장치 {RETARDATION FILM FOR IN-PLANE SWICHING MODE LIQUID CRYSTAL DISPLAY AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY COMPRISING THE SAME}
본 발명은 아크릴계 위상차 필름에 네가티브 C 플레이트 층을 적층하여 IPS 모드용 시야각 특성을 개선할 수 있는 위상차 필름 및 이를 포함하는 액정표시장치에 관한 것이다.
액정 디스플레이는 음극선관 디스플레이에 비해 소비 전력이 낮고, 부피가 작고, 가벼워 휴대가 용이하기 때문에 광학 디스플레이 소자로서 보급이 확산되고 있다. 일반적으로 액정 디스플레이는 액정 셀의 양측에 편광판을 설치한 기본 구성을 가지며, 구동회로의 전계 인가 여부에 따라 액정 셀의 배향이 변하게 되고, 그에 따라 편광판을 통해 나온 투과광의 특성이 달라지게 됨으로써 빛의 가시화가 이루어진다. 이 때 입사광의 입사 각도에 따라 빛의 경로와 복굴절성이 변화하게 되는데, 이는 액정이 두 개의 상이한 굴절률을 갖는 이방성 물질이기 때문이다.
이와 같은 특성으로 인해, 액정 디스플레이는 시야각(viewing angle)에 따라 상이 얼마나 뚜렷하게 보이는지를 가늠하는 척도인 콘트라스트 비(contrast ratio)가 달라지고 계조 반전(gray scale inversion) 현상이 발생하여 시인성이 떨어진다는 단점을 지닌다.
상기와 같은 단점을 극복하기 위하여 액정 디스플레이 장치에는 액정 셀에서 발생하는 광학 위상차를 보상시켜 주는 광학 보상 필름(compensation film)이 사용되고 있으며, 이러한 광학 보상 필름으로는 연신 복굴절 고분자 필름이 이용되고 있다.
한편, 액정 디스플레이에 있어서 선명한 화질 및 넓은 광시야각을 확보하기 위해 다양한 액정 모드가 개발되고 있으며, 대표적으로는 Double Domain TN(Twisted Nematic), ASM(axially symmetric aligned microcell), OCB(optically compensated blend), VA(vertical alignment), MVA(multidomain VA), SE(surrounding electrode), PVA(patterned VA), IPS(in-plane switching), FFS(fringe-field switching) 모드 등을 들 수 있다. 이들 각각의 모드는 고유한 액정 배열을 하고 있으며, 고유한 광학 이방성을 갖고 있다.
따라서, 이들 액정 모드의 광학 이방성으로 인한 위상차를 보상하기 위해서는 각각의 모드에 대응하는 광학 이방성의 보상 필름이 요구된다. 특히 IPS 모드의 경우에는 양의 유전률 이방성을 갖는 액정이 수평 배향되어 있기 때문에 비구동 상태에서 경사각에서의 광학 이방성이 타 모드 대비 크지 않아 등방성 보호필름 사용만으로도 우수한 광시야각을 확보할 수 있다는 장점이 있다. 하지만 이 경우 고경사각에서 편광자의 흡수축에 대한 보상은 전혀 이루어지지 않아 여전히 시야각에 따른 콘트라스트 저하, 색상 변조 등이 일어날 수 있으며, 따라서 완벽한 광시야각 확보를 위해서는 IPS 모드 액정디스플레이 또한 적절한 위상차 필름을 사용해야 한다.
IPS 모드용 위상차 필름은 두 층 이상의 다층 필름으로 구성되는 구조가 현실적으로 제시되고 있다. 대표적으로 COP(cyclic olefin polymer)를 일축 연신한 다음, +C 플레이트인 네마틱(nematic) 액정을 코팅하여 시야각 보상을 한다. 그러나, 이러한 경우에는 액정의 복굴절이 매우 높아 액정의 배향과 코팅 두께가 조금만 변해도 전체 보상 필름의 위상차가 크게 변해, 박막인 경우 위상차 조절이 어려운 문제점이 있다. 또한, 비싼 액정 단가로 인해 결국 제조원가가 올라가서 일반 상용화되긴 어려운 단점이 있다.
따라서 IPS(in-plane switching) 모드 액정 표시 장치의 시야각 특성을 개선하기 위해, 면 방향 위상차 값 및 두께 방향 위상차 값을 적절하게 조절할 수 있는 위상차 필름 및 이를 포함하는 IPS(in-plane switching) 모드 액정 표시 장치가 요구된다.
이에 본 발명의 한 측면은 아크릴계 위상차 필름에 네가티브 C 플레이트 층을 적층하여 면 방향 위상차 값 및 두께 방향 위상차 값을 적절하게 조절하여 광누설이 없는 IPS 모드 액정 표시장치의 시야각 특성을 개선할 수 있는 위상차 보상필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 측면은 상기 IPS(in-plane switching) 모드 액정 표시 장치용 위상차 필름을 적어도 하나 포함하는 IPS(in-plane switching) 모드 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 견지에 의하면, 550nm 파장에서 하기 수학식 1로 표시되는 면 방향 위상차 값이 60 ~ 200nm 이고, 하기 수학식 2로 표시되는 두께 방향 위상차 값이 100 ~ 250nm인 아크릴계 필름, 및 무기물을 포함하는 바인더 수지로 이루어진 네가티브(negative) C 플레이트를 포함하는 IPS(in-plane switching) 모드 액정 표시 장치용 위상차 필름이 제공된다:
[수학식 1] Rin = (nx - ny) × d
[수학식 2] Rth = (nz - ny) × d
상기 수학식 1 및 수학식 2에 있어서, nx는 필름의 면 방향에 있어서, 가장 굴절율이 큰 방향의 굴절율이고, ny는 필름의 면 방향에 있어서, nx 방향의 수직 방향의 굴절율이며, nz는 두께 방향의 굴절율이고, d는 필름의 두께이다.
상기 아크릴계 필름은 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 프로필 메타크릴레이트, n-부틸 메타크릴레이트, t-부틸 메타크릴레이트, 시클로 헥실 메타크릴레이트, 벤질 메타크릴레이트, 메톡시 에틸 메타크릴레이트, 에톡시 에틸 메타크릴레이트, 및 부톡시 메틸메타크릴레이트로부터 선택된 적어도 하나의 아크릴계 단량체를 포함하는 중합체인 중합체인 것이 바람직하다.
상기 아크릴계 필름은 스티렌계, 및 무수말레산계 또는 말레이미드계 단량체로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 단량체를 추가로 포함하는 것이 바람직하다.
상기 아크릴계 필름은 아크릴계 단량체를 포함하는 중합체와 스티렌계 공중합체를 블렌딩한 블렌딩 수지인 것이 바람직하다.
상기 스티렌계 공중합체는 스티렌-무수말레산 공중합체(SMA), 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체(SAN), 또는 α-메틸 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체(AMSAN)인 것이 바람직하다.
상기 아크릴계 필름은 고무 성분을 추가로 포함하는 것이 바람직하다.
상기 네가티브(negative) C 플레이트에 포함되는 무기물은 나트륨 테트라실리케이트 운모(sodium tetrasilicate mica), 몬모릴로나이트, 사포나이트 및 헥토라이트로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나인 것이 바람직하다.
상기 네가티브(negative) C 플레이트의 바인더 수지는 폴리비닐알코올, 폴리아크릴아미드, 우레탄 수분산액, 아크릴 수분산액, 및 우레탄-아크릴 수분산액으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나인 것이 바람직하다.
상기 아크릴계 필름의 두께는 30 내지 100㎛인 것이 바람직하다.
상기 네가티브 C 플레이트의 두께는 0 초과 20㎛인 것이 바람직하다.
상기 네가티브 C 플레이트는 550nm 파장에서 상기 수학식 1로 표시되는 면 방향 위상차 값이 0 ~ 10nm 이고, 상기 수학식 2로 표시되는 두께 방향 위상차 값이 -40 ~ -200nm인 것이 바람직하다.
상기 네가티브 C 플레이트를 구성하는 무기물과 바인더 수지의 중량비는 1: 0.6 내지 1:2인 것이 바람직하며, 1: 0.8 내지 1:1.2인 것이 보다 바람직하다.
상기 네가티브 C 플레이트는 상기 아크릴계 필름 상에 코팅된 형태인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 견지에 의하면, 상기 IPS(in-plane switching) 모드 액정 표시 장치용 위상차 필름을 적어도 하나 포함하는 IPS(in-plane switching) 모드 액정 표시 장치가 제공된다.
본 발명에 따른 위상차 보상필름은 면 방향 위상차 값 및 두께 방향 위상차 값을 적절하게 조절할 수 있고, 시야각 특성이 뛰어나며, 종래보다 얇은 편광판을 제공할 수 있으며, 특히 IPS모드에 사용되는 위상차 보상필름으로 적합하다.
이하 본 발명에 대해서 자세히 설명한다.
본 발명에 따른 IPS(in-plane switching) 모드 액정 표시 장치용 위상차 필름은 550nm 파장에서 하기 수학식 1로 표시되는 면 방향 위상차 값이 60 ~ 200nm 이고, 하기 수학식 2로 표시되는 두께 방향 위상차 값이 100 ~ 250 nm인 아크릴계 필름, 및 무기물을 포함하는 바인더 수지로 이루어진 네가티브(negative) C 플레이트를 포함하는 IPS(in-plane switching) 모드 액정 표시 장치용 위상차 필름인 것을 특징으로 한다.
[수학식 1] Rin = (nx - ny) × d
[수학식 2] Rth = (nz - ny) × d
상기 수학식 1 및 수학식 2에 있어서, nx는 필름의 면 방향에 있어서 가장 굴절율이 큰 방향의 굴절율이고, ny는 필름의 면 방향에 있어서 nx 방향의 수직 방향의 굴절율이며, nz는 두께 방향의 굴절율이고, d는 필름의 두께이다.
본 명세서에 기재되는 아크릴계 필름은 아크릴레이트 뿐만 아니라 아크릴레이트 유도체를 포함하는 단량체를 포함하는 것을 의미하는 것으로서, 구체적으로, 상기 아크릴계 단량체로는 메틸 메타크릴레이트(methyl methacrylate), 에틸 메타크릴레이트(ethyl methacrylate), 프로필 메타크릴레이트(propyl methacrylate), n-부틸 메타크릴레이트(n-butyl methacrylate), t-부틸 메타크릴레이트(t-butyl methacrylate), 시클로 헥실 메타크릴레이트(cyclohexyl methacrylate), 벤질 메타크릴레이트(benzyl methacrylate), 메톡시 에틸 메타크릴레이트(methoxyethyl methacrylate), 에톡시 에틸 메타크릴레이트(ethoxyethyl methacrylate), 부톡시 메틸 메타크릴레이트(butoxymethyl methacrylate), 및 이들의 올리고머 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 아크릴계 필름은 아크릴계 공중합체와 함께 스티렌계, 및 무수말레산계 또는 말레이미드계로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 단량체를 추가로 포함하는 공중합체일 수 있으며, 바람직하게는 아크릴계 및 스티렌계 단량체를 포함하고, 보다 바람직하게는 추가로 무수말레산계 또는 말레이미드계 단량체를 포함한다.
아크릴계 단량체 이외에 상기 단량체를 추가로 포함하는 경우 상기 아크릴계 단량체의 함량은 전체 아크릴계 필름 100 중량부 당 50 ~ 95 중량부인 것이 바람직하고, 60 ~ 90 중량부인 것이 더욱 바람직하다. 상기 아크릴계 단량체의 함량이 50 중량부 미만인 경우에는 아크릴계 고분자가 본래 가지는 고내열성, 고내구성, 고투명성이 충분히 발현되지 않을 수 있고, 95 중량부를 초과하는 경우에는 기계적 강도가 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
상기 아크릴계 공중합체에 포함될 수 있는 스티렌계 단량체로는 스티렌, α-메틸 스티렌, 4-메틸 스티렌 등을 들 수 있고, 스티렌인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 아크릴계 공중합체 내 스티렌계 단량체의 함량은 전체 아크릴계 필름 100 중량부 당 5 ~ 40 중량부인 것이 바람직하고, 10 ~ 30 중량부인 것이 더욱 바람직하다. 5 중량부 미만인 경우에는 위상차 발현성 저하로 원하는 위상차 필름을 제작하기 곤란한 문제가 있고, 40 중량부를 초과하는 경우에는 아크릴계 고분자가 본래 가지는 고내구성, 고투명성이 충분히 발현되지 않을 수 있다.
상기의 스티렌계 단량체는 아크릴계 단량체와 공중합 형태로 제조되는 것이 바람직하나, 택일적으로 별도의 스티렌계 공중합체를 상기 아크릴계 단량체로 이루어지는 중합체와 블렌딩하여 포함시킬 수도 있다. 예를 들어, 상기 스티렌계 공중합체는 스티렌-무수말레산 공중합체(SMA), 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체(SAN), α-메틸 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체(AMSAN) 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 아크릴계 공중합체에 포함될 수 있는 무수 말레산계 또는 말레이미드계 단량체로는 무수 말레산, 말레이미드, N-메틸 말레이미드, N-에틸 말레이미드, N-프로필 말레이미드, N-이소프로필 말레이미드 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 아크릴계 공중합체 내 무수 말레산계 또는 말레이미드계 단량체의 함량은 전체 아크릴계 필름 100 중량부 당 1 ~ 20 중량부인 것이 바람직하고, 3 ~ 15 중량부인 것이 더욱 바람직하다. 상기 무수 말레산계 또는 말레이미드계 단량체의 함량이 1 중량부 미만인 경우에는 내열성 개선 효과가 미미하며, 20 중량부를 초과하는 경우에는 필름의 부서짐성(brittleness)이 증가하여 필름이 쉽게 파단되는 문제점이 있을 수 있다.
나아가, 필름의 터프니스(toughness), 내충격성 등의 향상을 위해 상기 아크릴계 필름에 고무 성분을 추가로 포함할 수 있다. 상기 고무 성분은 아크릴 고무, 고무-아크릴계 그래프트형 코어-쉘 폴리머, 또는 이들의 혼합물인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 아크릴 고무는 아크릴계 수지와 고무 성분의 굴절율이 유사한 경우에는 투명성이 우수한 열가소성 수지 조성물을 얻을 수 있기 때문에 아크릴계 수지와 굴절율이 유사한 1.480 ~ 1.550인 아크릴 고무라면 특별히 한정되지 않는다.
예를 들면, 부틸 아크릴레이트, 2-에틸 헥실 아크릴레이트와 같은 알킬 아크릴레이트 등을 들 수 있다. 상기 고무-아크릴계 그래프트형 코어-쉘 폴리머는 굴절율이 1.480 ~ 1.550인 고무-아크릴계 그래프트형 코어-쉘 폴리머라면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 부타디엔, 부틸 아크릴레이트 또는 부틸 아크릴레이트-스티렌 공중합체 기반의 고무를 코어로 하고, 폴리 메틸 메타크릴레이트 또는 폴리스티렌을 쉘로 하는 크기 50 ~ 400nm의 입자 등을 사용할 수 있다.
상기 고무 성분의 함량은 전체 아크릴계 필름 100 중량부에 대해 1 ~ 20 중량부인 것이 바람직하고, 1 ~ 15 중량부인 것이 더욱 바람직하다. 상기 고무 성분의 함량이 1 중량부 미만인 경우에는 필름의 우수한 기계적 강도의 발현이 불가능할 수 있고, 필름이 부서지기 쉬워서 가공 공정상의 문제점이 발생하며, 광학 성능이 충분히 발현되지 못하게 되는 문제가 있다. 또한, 상기 함량이 20 중량부를 초과하는 경우에는 아크릴계 공중합체가 본래 가지는 고내열성, 고투명성이 충분히 발현되지 못하는 문제가 있으며, 연신 공정에서 헤이즈가 발생하는 등 가공상의 문제가 발생할 수 있다.
상기 아크릴계 필름의 유리 전이 온도(Tg)는 100 ~ 160 ℃인 것이 바람직하다. 상기 유리 전이 온도(Tg)가 100 ~ 160 ℃인 필름은 우수한 내구성을 가질 수 있으며, 한편 유리 전이 온도가 100℃ 미만인 경우에는 내열성이 부족하여 고온 고습 조건에서 필름의 변형이 일어나기 쉽고 그로 인해 필름의 보상 특성이 불균일하게 되는 문제가 있다.
상기 아크릴계 필름은 통상 용융 압출법(melt extruder)을 이용하여 제조되고, 아크릴계 필름의 두께는 30 내지 100㎛으로 제조되며, 두께가 30㎛ 미만인 경우 편광소자를 제대로 지지하지 못해 소자 수축, 소자 크랙, 컬(curl) 등이 발생하기 쉬우며, 두께가 100㎛를 초과하는 경우 균일한 연신을 위해 다량의 열량이 필요하기 때문에 고속 연신이 어려울 뿐만 아니라 경제적이지 못한 문제가 있다.
용융압출법에 의해 제조되는 아크릴계 필름은 1축 연신 또는 2축 연신 등의 방법으로 제조될 수 있으며, 예를 들어 이들은 예열부, 연신부 및 열처리부가 구비된 텐더에서 제조될 수 있다. 예열이란 다음 공정인 연신 공정에서 양호하게 연신될 수 있도록 미리 아크릴계 필름을 가열에 의해 연화시키는 처리를 말하며, 예열 장치 내에 도입되는 아크릴계 필름은 Tg보다 낮은 온도에서 가열되며, 이후 연신부에서 필름의 Tg보다 높은 온도에서 연신 처리를 수행하게 된다. 이후, 연신된 필름은 열처리부에서 필름의 배향을 고정하는 등의 목적으로 열처리를 행하게 된다. 이때 획득하고자 하는 위상차 값에 따라 연신부에서 연신 배율을 조정할 수 있다.
본 발명에 따른 IPS 모드 액정 표시 장치용 위상차 필름에 있어서, 상기와 같은 아크릴계 필름에 네가티브(negative) C 플레이트를 도입하여 전체 위상차 필름의 Rin/Rth 값을 조정할 수 있다.
상기 네가티브(negative) C 플레이트는 무기물을 포함하는 바인더 수지로 이루어지며, 당해 기술분야에 알려진 어떠한 방식에 의해 제조될 수 있으나, 바람직하게는 무기물을 물에 분산시킨 뒤 바인더 수지와 혼합한 후, 도포하고 건조시켜 제조될 수 있다.
상기 네가티브 C 플레이트에 포함되는 무기물은 불순물이 적은 나트륨 테트라실리케이트 운모(sodium tetrasilicate mica)나 스멕타이트족이 바람직하다. 상기 스멕타이트족에 속하는 무기물로는 몬모릴로나이트, 바이데라이트, 사포나이트, 헥토라이트 및 이들과 유사한 결정 구조를 갖는 합성물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
한편, 상기 무기물을 팽창 또는 분산시키기 위해 이용할 수 있는 용매로는 디메틸포름아미드, 디메틸설폭사이드, 니트로메탄, 물, 메탄올, 에틸렌 글리콜 등으로 이루어진 그룹으로부터 적절히 선택할 수 있으며, 다만 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 네가티브 C 플레이트의 제조에 있어서 무기물 층의 균열을 방지하고 도막을 형성하기 위해 광학적으로 투명한 친수성 바인더 수지 또는 수분산액을 혼합하는 것이 바람직하다. 이 때 바인더 수지는 폴리비닐알코올, 폴리아크릴아미드, 우레탄 수분산액, 아크릴 수분산액, 및 우레탄-아크릴 수분산액으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다. 다만, 친수성 수지의 경우 용매일 물에 용해되는 문제가 있을 수 있으므로 수분산액을 사용하는 것이 바람직하며, 코팅 후 도막의 터프니스(toughness) 및 기재 필름인 아크릴 필름에 대한 접착성 등을 고려하여 신율이 약 45% 이상의 우레탄계 수분산액을 사용하는 것이 보다 바람직하다.
상기 무기물과 바인더 수지의 비율은 중량비로 1: 0.6 내지 1:2인 것이 바람직하며, 1: 0.8 내지 1:1.2인 것이 더욱 바람직하다. 무기물과 바인더 수지의 비율이 중량비로 1: 0.6 내지 1:2의 범위 내에 있는 경우 무기물과 바인더 수지로 이루어지는 네가티브 C 플레이트 층의 균열 방지 등 기계적 특성을 향상에 바람직하다.
나아가 상기 네가티브 C 플레이트가 무기물과 바인더 수지 수분산액으로 이루어지는 경우 전체 농도는 4~8wt%의 범위, 특히 4.5~6.5 wt%의 범위인 것이 바람직하다. 4 wt% 미만의 경우 점도가 낮아서 웹(web)의 두께가 두꺼워지며, 코팅 후 코팅층이 낮은 점도로 인해 코팅액이 흐르는 문제가 발생하여 코팅층의 외관이 불량해지는 문제가 있으며, 8 wt%를 초과하는 경우 높은 점도로 인해 코팅에 어려움이 있다.
상기 네가티브 C 플레이트의 두께는 0 초과 20㎛ 이하인 것이 바람직하며, 20㎛를 초과하는 경우 건조 불량, 필름 컬(curl) 등의 문제가 발생할 수 있다.
상기 네가티브 C 플레이트는 550nm 파장에서 상기 수학식 1로 표시되는 면 방향 위상차 값이 0 ~ 10nm 이고, 상기 수학식 2로 표시되는 두께 방향 위상차 값이 -40 ~ -200nm인 것이 바람직하다.
상기와 같이 본 발명에 따른 IPS 모드 액정 표시 장치용 위상차 필름은 아크릴계 필름과 네가티브(negative) C 플레이트를 조합하여 사용함으로써, 보다 넓은 시야각 특성을 구현할 수 있다.
일반적으로 음의 복굴절을 가지는 아크릴계 위상차 필름은 일축 또는 이축 연신 시 양의 면 방향 위상차 값과 양의 두께 방향 위상차 값 및 두 값의 비율(Rth/Rin)이 1 이상인 +B-플레이트(plate) 제조가 가능하나, 이를 단독으로 사용해서는 IPS 모드 액정 표시 장치에서 큰 시야각 개선 효과를 가져올 수 없다. 반면, 본 발명에 따른 네가티브(negative) C 플레이트를 조합하여 사용할 경우 Rth/Rin 비가 1 이하인 위상차 필름으로 설계가 가능하고, 이를 IPS 모드 액정 표시 장치에 적용함으로써 높은 시야각 보상 성능을 제공할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 IPS 모드 액정 표시 장치에 있어서, 상기 위상차 필름의 Rin/Rth 값은 0.2 ~ 0.8인 것이 바람직하고, 0.3~0.7인 것이 보다 바람직하다.
본 발명에 따른 IPS 모드 액정 표시 장치에 있어서, 상기 아크릴계 필름과 네가티브(negative) C 플레이트를 포함하는 전체 위상차 필름의 상기 수학식 1로 표시되는 면 방향 위상차 값은 60 ~ 200nm 이고, 상기 수학식 2로 표시되는 두께 방향 위상차 값은 100 ~ 250nm 범위 내에서 면방향 위상차보다 작은 값을 가지는 것이 바람직하다. 상기의 위상차 범위를 벗어나는 경우 IPS 모드 액정표시장치에 적용했을 때 높은 시야각 개선 효과를 기대할 수 없다.
상기 아크릴계 필름과 네가티브(negative) C 플레이트를 포함하는 전체 위상차 필름의 두께는 30 ~ 120 ㎛ 인 것이 바람직하고, 40 ~ 100㎛ 인 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 30 ㎛ 미만인 경우에는 편광소자를 제대로 지지하지 못해 소자 수축, 소자 크랙, 컬 등이 발생하기 쉬우며, 두께가 120 ㎛ 를 초과하는 경우에는 전체 편광판 두께가 너무 두꺼워 지고, 편광판 합지 시 접착제의 건조 불량에 의한 불량이 발생할 가능성이 있다.
나아가, 상기 본 발명의 위상차 필름 제조에 있어서 일반적으로 사용되는 윤활제, 산화방지제, UV안정제, 열안정제, UV 흡수제, 가소제, 레타데이션 상승제 등 당해 기술분야에 잘 알려진 첨가제를 필요에 따라 전체 위상차 필름 100 중량부 당 0 내지 10 중량부의 양으로 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 위상차 필름의 제조에 있어서, 아크릴계 필름에 네가티브(negative) C 플레이트를 적층하는 방법은 특히 제한되지는 않으나, 예를 들어 상기 아크릴계 필름에 직접 네가티브 C 플레이트를 형성하여 적층하는 방법 또는 각 층을 형성한 후 접착제로 접착하는 방법이 있으나, 전자의 방법이 보다 바람직하며, 아크릴계 필름에 직접 네가티브 C 플레이트를 적층하는 방법은 예를 들어 아크릴계 필름을 준비하는 단계, 및 상기 아크릴계 필름의 적어도 한 면에 네가티브 C 플레이트를 구성하는 물질을 코팅하는 단계를 포함하여 수행될 수 있다. 즉, 바람직하게는 본 발명의 위상차 필름에 있어서 상기 네가티브 C 플레이트는 아크릴계 필름에 코팅된 형태로 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 위상차 필름의 제조방법에 있어서, 상기 아크릴계 필름, 및 네가티브(negative) C 타입 물질 등의 구체적인 사항은 전술한 내용과 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에 따른 위상차 필름의 제조방법에 있어서, 상기 코팅층을 형성하는 방법은 특별히 제한되는 것은 아니고, 당해 기술분야에 알려진 어떠한 방법을 이용할 수 있으며, 예컨대 플로우 코팅, 롤 코팅, 바 코팅, 스프레이 코팅 등을 이용할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 위상차 필름을 하나 또는 2 이상 포함하는 IPS(in-plane switching) 모드 액정 표시 장치를 제공한다. 상기 위상차 필름을 하나 또는 2 이상 포함하는 예시적인 액정 표시 장치를 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
액정 셀 및 이 액정 셀의 양면에 각각 구비된 제1 편광판 및 제2 편광판을 포함하는 액정 표시 장치에 있어서, 위상차 필름은 상기 액정 셀과 상기 제1 편광판 및/또는 제2 편광판 사이에 구비될 수 있다. 즉, 제1 편광판과 액정 셀 사이에 위상차 필름이 구비될 수 있고, 제2 편광판과 액정 셀 사이에, 또는 제1 편광판과 액정 셀 사이와 제2 편광판과 액정 셀 사이 모두에 위상차 필름이 하나 또는 2 이상 구비될 수 있다.
상기 제1 편광판 및 제2 편광판은 일면 또는 양면에 보호 필름을 포함할 수 있다. 상기 내부 보호 필름으로는 트리아세테이트 셀룰로오스(TAC) 필름, 개환 상호교환 중합(ring opening metathesis polymerization; ROMP)으로 제조된 폴리노보넨계 필름, 개환 중합된 고리형 올레핀계 중합체를 다시 수소 첨가하여 얻어진 HROMP(ring opening metathesis polymerization followed by hydrogenation) 중합체 필름, 폴리에스터 필름, 또는 부가중합(addition polymerization)으로 제조된 폴리노보넨계 필름 등일 수 있다. 이외에도 투명한 고분자 재료로 제조된 필름이 보호 필름 등이 사용될 수 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
실시예
1. 위상차 필름의 제조
<실시예 1>
폴리(시클로헥실말레이미드-co-메틸메타크릴레이트)((주) LGMMA, PMMA830HR)와 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체((주)LG화학, SAN80HF, 아크릴로니트릴 함량 24 중량%)를 각각 80:20의 중량비로, 트윈 압출기를 이용하여 250℃, 200rpm 조건으로 컴파운딩하여 수지 조성물을 제조하였다. 상기 수지 조성물을 가지고 250℃, 250rpm 조건 하에서 T-다이 제막기를 이용하여 폭 800mm의 미연신 필름을 제조하였다. 상기 미연신 필름을 125℃의 온도에서 MD 방향으로 롤투롤(roll-to-roll) 방식으로 1.5 배 연신한 후, 동일 온도에서 텐더 연신기를 이용하여 TD 방향으로 3.0 배 연신하여 아크릴계 +B-플레이트(plate)를 제조하였다. 얻어진 최종 연신 필름의 두께는 약 55㎛, 면 방향 위상차 값(Rin) 및 두께 방향 위상차 값(Rth)은 각각 110nm, 174nm였다.
네가티브 C 코팅액은 시판되고 있는 합성 나노 실리케이트인 Laponite (Rockwood사 XLG)를 음이온성 수분산 폴리우레탄(DSM사 Neorez R972)과 아크릴계 에멀젼(DSM사 Neocryl XK-62)을 7:3으로 혼합한 바인더 용액에 투입한 후 고속 교반하여 제조하였다. 이 때 전체 고형분 농도가 4.5%가 되도록 정제수를 추가하였고, Laponite 함량은 혼합 바인더 수지와의 중량비가 1: 0.8이 되도록 하였다.
상기의 네가티브 C 코팅액을 코로나 처리된 연신 아크릴 필름 위에 어플리케이터를 이용하여 도포하고, 90℃에서 5 분간 건조하여 6.2㎛의 코팅 위상차 층을 형성하였다.
제작한 최종 필름의 위상차를 측정하고, 네가티브 C 코팅층과 아크릴 필름간 접착력을 확인하여 표 1에 나타내었다. 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이 본 발명에 있어서 네가티브 C 코팅층과 기재 아크릴 필름과의 접착력은 우수하였으며, 전체 위상차 필름의 위상차 값은 Rin 108 nm, Rth 65nm로 Rin/Rth 비가 1 이하인 조건을 만족시키는 위상차 필름을 얻을 수 있었다.
상기 위상차 필름의 경사각 60°에서의 콘트라스트 비를 측정하고 결과를 표 1에 나타내었다. 상기 본 발명의 위상차 필름을 포함하는 편광판을 적용한 패널의 경우 콘트라스트 비가 180:1이었다.
<실시예 2>
네가티브 C 코팅액 제조시 Laponite와 혼합 바인더의 중량비를 1:1로 하고 코팅층 두께를 7.2um로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 위상차 필름을 제작하였다. 하기 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이 네가티브 C 코팅층과 기재 아크릴 필름과의 접착력은 우수하였으며, 상기의 위상차 필름을 적용한 패널의 경사각 60°에서의 콘트라스트 비는 170:1로 우수하였다.
<실시예 3>
메틸메타크릴레이트 75 중량%, 무수말레산 11 중량%, 스티렌 14 중량%를 포함하는 아크릴계 수지(Tg=129) 100 중량부에 대해 부틸아크릴레이트-메틸메타크릴레이트 수지 그래프트형 코어-쉘 폴리머 7 중량부를 트윈 압출기를 이용하여 250℃, 200rpm 조건으로 컴파운딩하여 수지 조성물을 제조하였다. 상기 수지 조성물을 250℃, 250rpm 조건 하에서 T-다이 제막기를 이용하여 폭 800mm의 미연신 필름을 제조하였다. 상기 미연신 필름을 텐더 연신기를 이용하여 110℃에서 TD 방향으로 2배 연장하여 두께 60㎛의 위상차 필름을 얻었다.
하기 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 상기 위상차 필름의 면 내 위상차는 118nm, 두께 방향 위상차는 145nm였다.
네가티브 C 코팅은 두께를 6.0㎛의 코팅 위상차층을 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
표 1에 나타난 바와 같이 기재와의 접착력과 콘트라스트비 모두 우수하였다.
<비교예 1>
실시예 3과 동일한 방법으로 제작한 두께 60㎛의 아크릴계 연신 필름을 네가티브 C 코팅처리 없이 염착된 폴리비닐알코올 편광자와 트리아세테이트 셀룰로오스 필름과 접착제를 이용하여 접착한 후 Eldim을 통해 경사각에서의 CR(contrast ratio)을 측정하였다.
표 1에 나타낸 바와 같이 위상차 필름의 Rth/Rin 비가 1 이하인 조건을 만족시키지 못하기 때문에, 경사각 60°에서의 콘트라스트 비가 20:1로 매우 낮았으며, 따라서 IPS 모드 시야각 보상용 위상차 필름으로의 사용에 부적합한 것을 확인할 수 있다.
<비교예 2>
네가티브 C 코팅액 제조 시 Laponite와 혼합 바인더의 중량비를 2:1로 하고 코팅층 두께를 5.0um로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 위상차 필름을 제작하였다.
표 1에 나타낸 바와 같이 경사각 60°에서의 콘트라스트 비는 우수하였으나, 낮은 바인더 함량으로 인해 네가티브 C 코팅층이 외력에 의해 쉽게 크랙이 가거나 부서졌으며, 기재 아크릴 필름과의 접착력도 불량이었다.
<비교예 3>
네가티브 C 코팅액 제조 시 Laponite와 혼합 바인더의 중량비를 1:3으로 하고 코팅층 두께를 9.5um로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 위상차 필름을 제작하였다.
네가티브 C 코팅층의 접착력은 우수하였으나, 낮은 Rth 값을 가져서 경사각 60°에서의 콘트라스트 비가 30:1로 매우 낮았다.
2. 수지 조성에 따른 물성의 평가
(1) 평가 방법
1) 위상차 값(nm): 제작한 최종 필름의 위상차 측정은 Axometrics 사의 Axoscan으로 측정하였다.
2) 접착력: 네가티브 C 코팅층과 아크릴 필름간 접착력은 크로스-컷 테스트(cross-cut test)(ASTM 3002)를 통해 평가하였다.
보다 상세하게는 커터를 적당한 자 등에 대고 코팅면에 가로세로 격자 모양으로 각각 5회 이상 그은 후, 테이프를 대각선 방향으로 붙였다 떼었다를 5회 반복했을 때 코팅 층이 떨어지는 면적을 가지고 평가하였다.
떨어진 면이 5% 이상일 때 접착력 불량, 1~5%일 때 접착력 양호, 전혀 떨어지지 않았을 때 접착력 우수로 판단하였다.
3) 경사각 60°에서의 콘트라스트 비: 위상차 필름을 염착된 폴리비닐알코올 편광자와 트리아세테이트 셀룰로오스 액정 표시장치 패널 상면에 부착 후 엘딤(Eldim)으로 경사각 60°, 상방 45°에서의 콘트라스트 비를 측정하였다.
이 때 패널 하면에는 광학 등방성 TAC 필름(후지필름사, NRT)/PVA 편광자/일반 TAC 순으로 합지된 편광판으로 부착하였다.
(2) 평가 결과
아크릴계+B플레이트 - C 플레이트 전체 위상차 필름 접착성 경사각60°
콘트라스트비
Rin
(nm)		 Rth
(nm)		 두께
(㎛)		 Rin
(nm)		 Rth
(nm)		 두께
(㎛)		 Rin
(nm)		 Rth
(nm)		 두께
(㎛)
실시예 1 110 174 55 < 2 -109 6.8 108 65 61.8 우수 180:1
실시예 2 110 174 55 < 1 -101 7.2 109 73 62.2 우수 170:1
실시예 3 118 145 60 < 1 -96 6.0 117 49 66 우수 180:1
비교예 1 118 145 60 - -- - 118 145 60 - 20:1
비교예 2 110 174 55 < 1 -105 5.1 109 69 60.1 불량 180:1
비교예 3 110 174 55 < 2 -52 9.5 108 122 65 우수 30:1
상기 본 발명의 위상차 필름을 포함하는 편광판을 적용한 패널의 경우 콘트라스트 비는 비교예 보다 매우 높은 값을 가짐을 알 수 있다. 상기 콘트라스트 비 값은 화면의 선명도를 표시하는 지표이므로, 본 발명에 따른 액정 표시 장치는 보다 선명한 화질을 구현할 수 있다.

Claims (15)

  1. 550nm 파장에서 하기 수학식 1로 표시되는 면방향 위상차 값이 60 ~ 200 nm 이고, 하기 수학식 2로 표시되는 두께방향 위상차 값이 100 ~ 250 nm인 아크릴계 필름, 및
    무기물을 포함하는 바인더 수지로 이루어진 네가티브(negative) C 플레이트를 포함하는 IPS(in-plane switching) 모드 액정 표시 장치용 위상차 필름:

    [수학식 1] Rin = (nx - ny) × d
    [수학식 2] Rth = (nz - ny) × d

    상기 수학식 1 및 수학식 2에 있어서,
    nx는 필름의 면 방향에 있어서, 가장 굴절율이 큰 방향의 굴절율이고,
    ny는 필름의 면 방향에 있어서, nx 방향의 수직 방향의 굴절율이며,
    nz는 두께 방향의 굴절율이고,
    d는 필름의 두께이다.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 아크릴계 필름은 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 프로필 메타크릴레이트, n-부틸 메타크릴레이트, t-부틸 메타크릴레이트, 시클로 헥실 메타크릴레이트, 벤질 메타크릴레이트, 메톡시 에틸 메타크릴레이트, 에톡시 에틸 메타크릴레이트, 및 부톡시 메틸메타크릴레이트로부터 선택된 적어도 하나의 아크릴계 단량체를 포함하는 중합체인 IPS(in-plane switching) 모드 액정 표시 장치용 위상차 필름.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 아크릴계 필름은 스티렌계, 및 무수말레산계 또는 말레이미드계 단량체로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 단량체를 추가로 포함하는 아크릴계 중합체인 IPS(in-plane switching) 모드 액정 표시 장치용 위상차 필름.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 아크릴계 필름은 아크릴계 단량체를 포함하는 중합체와 스티렌계 공중합체를 블렌딩한 블렌딩 수지인 IPS(in-plane switching) 모드 액정 표시 장치용 위상차 필름.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 스티렌계 공중합체는 스티렌-무수말레산 공중합체(SMA), 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체(SAN), 또는 α-메틸 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체(AMSAN)인 IPS(in-plane switching) 모드 액정 표시 장치용 위상차 필름.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 아크릴계 필름은 고무 성분을 추가로 포함하는 IPS(in-plane switching) 모드 액정 표시 장치용 위상차 필름.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 네가티브(negative) C 플레이트에 포함되는 무기물은 나트륨 테트라실리케이트 운모(sodium tetrasilicate mica), 몬모릴로나이트, 라포나이트 및 헥토라이트로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나인 IPS(in-plane switching) 모드 액정 표시 장치용 위상차 필름.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 네가티브(negative) C 플레이트의 바인더 수지는 폴리비닐알코올, 폴리아크릴아미드, 우레탄 수분산액, 아크릴 수분산액, 및 우레탄-아크릴 수분산액으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나인 IPS(in-plane switching) 모드 액정 표시 장치용 위상차 필름.
  9. 제1항에 있어서, 상기 아크릴계 필름의 두께는 30 내지 100㎛인 IPS(in-plane switching) 모드 액정 표시 장치용 위상차 필름.
  10. 제1항에 있어서, 상기 네가티브 C 플레이트의 두께는 0 초과 20㎛ 이하인 IPS(in-plane switching) 모드 액정 표시 장치용 위상차 필름.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 네가티브 C 플레이트는 550nm 파장에서 상기 수학식 1로 표시되는 면 방향 위상차 값이 0 ~ 10nm 이고, 상기 수학식 2로 표시되는 두께 방향 위상차 값이 -40 ~ -200nm인 IPS(in-plane switching) 모드 액정 표시 장치용 위상차 필름.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 네가티브 C 플레이트를 구성하는 무기물과 바인더 수지의 중량비는 1: 0.6 내지 1:2인 IPS(in-plane switching) 모드 액정 표시 장치용 위상차 필름.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 네가티브 C 플레이트를 구성하는 무기물과 바인더 수지의 중량비는 1: 0.8 내지 1:1.2인 IPS(in-plane switching) 모드 액정 표시 장치용 위상차 필름.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 네가티브 C 플레이트는 상기 아크릴계 필름 상에 코팅된 형태인 IPS(in-plane switching) 모드 액정 표시 장치용 위상차 필름.
  15. 제 1항 내지 제14항 중 어느 한 항의 IPS(in-plane switching) 모드 액정 표시 장치용 위상차 필름을 적어도 하나 포함하는 IPS(in-plane switching) 모드 액정 표시 장치.
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