KR20140112226A - 위상차 보상 첨가제를 함유하는 액정표시장치용 위상차 필름 - Google Patents

위상차 보상 첨가제를 함유하는 액정표시장치용 위상차 필름 Download PDF

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Abstract

본 발명은 위상차 보상 첨가제를 함유한 위상차 필름에 관한 것으로 셀룰로오스 에스테르 필름 전중량에 대해서, 지방산 셀룰로오스 에스테르를 85 - 99 중량%를 함유하고, 하기 화학식 1로 표시되는 위상차 보상 첨가제를 1 - 15 중량% 포함하는 것을 특징으로 한다.
Figure pat00005

[ 화학식 1 ]
또한, 상기 위상차 보상 첨가제의 화학식 1의 주쇄에서의 방향족 그룹은 벤젠, 나프탈렌, 안트라센, 테트라센을 포함하는 것을 특징으로 한다.
더불어, 위상차 필름은 면방향 위상차(Ro)가 10 - 150nm이고, 두께방향 위상차(Rth)가 30 - 350nm이고, 파장 분산성이 1이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 위상차 보상 첨가제를 함유한 위상차 필름은 면방향 위상차(Ro) 및 두께방향 위상차(Rth)가 커서 광학적 특성이 우수하고 파장 분산성이 1이하로 역파장 분산성을 가질 뿐만 아니라, 기계적 물성(투습도) 및 내화학성 물성이 우수한 장점이 있다.

Description

위상차 보상 첨가제를 함유하는 액정표시장치용 위상차 필름{Phase difference film containing additives for compensating phase difference}
본 발명은 VA모드(Vertical Alignment Mode) 액정셀에 의한 위상차를 보상하기 위한 첨가제를 함유하는 위상차 필름에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 탄소수 1 - 20개 내·외의 방향족 화합물이 포함된 주쇄에, 4-메틸벤조산이 결합된 위상차 보상 첨가제를 함유한 위상차 필름에 관한 것이다.
액정표시장치(LCD)는 컴퓨터, 텔레비전(TV) 등의 화상 표시장치로서 이용되는 대표적인 평판 표시장치이다. 액정표시장치는, 액정 셀 내의 액정의 배열 상태에 따라 다양한 모드로 구분되며, 예를 들면, 서로 대향하는 기판 사이에 플러스 유전율 이방성을 가진 액정을 수평으로 배향시켜 액정이 하부 기판에서 상부 기판으로 약 90° 비틀리게 배열되는 TN 모드(Twisted Nematic Mode), 서로 대향하는 기판 사이에, 마이너스 유전율 이방성을 가진 액정을 수직으로 배향시킨 VA 모드(Vertical Alignment Mode), 기타 IPS(In-Plane Switching) 모드 액정표시장치 등으로 구분될 수 있다.
과거에는 TN 모드 액정표시장치가 주로 사용되었으나 최근 TV의 대형화에 따라 높은 콘트라스트의 실현이 가능하고, 제조 수율이 우수한 VA 모드 액정표시장치의 사용 비율이 증가하고 있다.
상기 VA 모드 액정표시장치의 경우, 정면에서는 액정이 복굴절성을 나타내지 않고 2매의 편광판도 완전히 직교하여 빛이 완전히 차단되므로 흑색(Black) 표시가 양호하고, 콘트라스트도 우수하지만 측면 즉 기울기 시각에 있어서는 액정이 복굴절성을 나타내어 위상차를 가지며 또한, 2매의 편광판도 직교하지 않아 빛이 누설되므로 흑색 표시 상태(Black 특성), 측면 콘트라스트(Contrast Ratio: CR), 칼라 쉬프트(Color Shift) 등이 저하된다. 이와 같은 시야각 의존성을 개선하기 위하여 위상차 필름이 사용되고 있다.
위상차 필름은 직선 편광을 타원 편광이나 원 편광으로 변환하거나, 어떤 방향에 있는 직선 편광을 다른 방향으로 변환시키는 기능을 하므로 이를 이용하여 액정표시장치의 시야각, 콘트라스트 등을 개선할 수 있다.
일반적으로, 위상차 필름은 1쌍의 편광판에 각각 부착되어 사용된다. 현재, VA 모드 액정표시장치용 위상차 필름으로는, 일본 코니카 미놀타사(Konica Minolta Holdings, Inc.)의 N-TAC 등이 일반적으로 사용되고 있다. N-TAC 위상차 필름은 상, 하판 모두 면내의 위상차(Retardation, R0, λ= 550nm 기준)가 50nm, 두께 방향의 위상차(Rth, λ= 550nm 기준)가 130nm인 셀룰로오스아세테이트프로피오닐레이트(CAP) 필름으로 이루어진다.
액정표시장치의 시야각 특성(흑색 표시 상태(Black 특성) 등)을 개선하기 위해서는 파장 분산 및 제어 기술이 필요하다. 일반적으로 N-TAC 필름은 파장이 커지면서 위상차 값이 증가하는 역파장 분산특성을 나타내며 파장이 커지면서 위상차 값이 감소하는 정파장 분산특성을 갖는 위상차 필름에 비하여 우수한 시야각 특성 개선 효과를 나타낸다. 또한 액정 표시 장치의 개선을 위해서 특정 리타데이션값을 갖는 위상차 필름 및 그 조합이 사용되고 있다.
한편, 현재 편광판의 보호필름으로는 물리적 특성, 투명도 및 광학 등방성 등이 우수한 셀룰로오스 아세테이트 필름을 주로 사용하고 있다. 이러한 셀룰로오스 아세테이트 필름에 적절한 첨가제를 첨가할 경우 VA 액정셀의 위상차를 보상할 수 있어 보다 넓은 시야각의 확보가 가능하다. 즉, 첨가제에 의해 z축 두께방향으로(Out of plane) 큰 굴절률을 갖는 -A 플레이트(nx=nz>ny) 또는 +C 플레이트(nz>nx=ny) 특성을 보이는 셀룰로오스 아세테이트 필름을 보호필름으로 이용하면 VA 액정셀에 의한 위상차를 효과적으로 보상할 수 있게 된다.
대한민국 등록특허 제 10-0980534 호에서는 2개 이상의 방향족 평면 구조를 가지는 화합물을 첨가제로 사용한 셀룰로오스 아세테이트 필름을 제시하고 있으며, 대한민국 공개특허 제 10-2005-0030121 호에서는 위상차 상승제와 위상차 하강제를 혼합 사용함으로써 위상차를 보상하고자 하였다. 그러나, 상기 기술에서 사용한 첨가제는 분자량이 낮아 필름 형성시 헤이즈(Haze) 현상 및 누출(Bleed out)이 발생하는 문제가 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 위상차 발현성 및 필름의 기계적 물성이 우수한 위상차 보상 첨가제를 함유한 액정표시장치용 위상차 필름을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 셀룰로오스 에스테르 필름(Cellulose ester film) 전중량에 대해서 지방산 셀룰로오스 에스테르를 85 - 99중량%를 함유하고, 하기 화학식 1로 표시되는 위상차 보상 첨가제를 1 - 15중량% 포함하는 것을 특징으로 한 위상차 보상 첨가제를 함유한 위상차 필름을 과제 해결을 위한 수단으로 제공한다.
Figure pat00001
[화학식 1]
상기 화학식 1에서 주쇄(main chain)는 1개 이상의 방향족 그룹과 지방족 그룹을 포함하는 탄소수 1 - 20개의 화합물로 구성되어 있다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 위상차 보상 첨가제의 화학식 1의 주쇄에서의 방향족 그룹은 벤젠, 나프탈렌, 안트라센, 테트라센을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 적절할 실시 형태에 따르면, 위상차 필름은 면방향 위상차(Ro)가 10 - 150nm이고, 두께방향 위상차(Rth)가 30 - 350nm이고, 파장 분산성이 1이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 위상차 보상 첨가제를 함유한 위상차 필름은 면방향 위상차(Ro) 및 두께방향 위상차(Rth)가 커서 광학적 특성이 우수하고 파장 분산성이 1이하로 역파장 분산성을 가질 뿐만 아니라, 기계적 물성(투습도) 및 내화학성 물성이 우수한 장점이 있다.
이하, 본 발명에 의한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시한 것이며, 그 기술적인 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.
본 발명은 상기 위상차 보상 첨가제를 함유하는 액정표시장치용 위상차 필름으로 셀룰로오스 아세테이트 필름에 관한 것이다.
상기 셀룰로오스 아세테이트는 셀룰로오스와 아세트산의 에스테르로서 셀룰로오스를 구성하는 글루코오스 탄소원자 단위의 2위, 3위 및 6위에 존재하는 히드록시기의 수소원자의 전부 또는 일부가 아세틸기로 치환되어 있다.
한편, 상기 위상차 보상 첨가제의 함량은 셀룰로오스 아세테이트 85 - 99 중량%에 대해서 1 - 15 중량%인 것이 바람직하다. 위상체 보상 첨가제의 함량이 너무 적으면 첨가에 따른 효과상의 실익을 기대하기 어려우며, 15 중량%를 초과하여 과량으로 함유시 첨가제와 셀룰로오스 아세테이트와의 상용성 저하로 필름의 헤이즈 특성이 저하될 수 있다. 또한, 본 발명의 셀룰로오스 아세테이트 필름은 필요에 따라 가소제, 자외선방지제, 미립자, 파장 분산 조정제 등의 공지된 첨가제를 추가로 함유할 수도 있다.
상기 위상체 보상 첨가제는 하기 화학식 1로 표시된다.
Figure pat00002
[화학식 1]
상기 화학식 1에서 주쇄(main chain)는 1개 이상의 방향족 그룹과 지방족 그룹을 포함하는 탄소수 1 - 20개의 화합물로 구성되어 있다.
상기 주쇄에서의 방향족 그룹은 벤젠, 나프탈렌, 안트라센, 테트라센을 포함된다.
본 발명의 위상차 보상 첨가제는 솔벤트 캐스트법에 의해 셀룰로오스 아세테이트 필름 제조시 용매로 사용되는 메틸렌클로라이드 및 메탄올의 혼합용액에의 용해도가 우수하며 필름 성형 후 헤이즈 또는 필름 표면에서의 누출문제를 크게 억제할 수 있어 가공성 및 내구성 면에서 뛰어나다.
상기 위상차 보상 첨가제는 CH2=C(R2)COO(R1) 형태의 아크릴 단량체 중 1종 이상과, 말레산 무수물, 말레이미드, 티오펜-2,5-디온 및 4-사이클로펜텐-1,3-디온 중에서 선택한 1종 이상을 유기용매 하에서 반응 개시제의 존재하에 중합반응시켜 얻을 수 있다. 상기 아크릴 단량체 중의 R1 및 R2는 각각 수소 또는 탄소수 1 - 5개의 알킬, 바람직하기로는 메틸메타아크릴레이트, 에틸메타아크릴레이트를 사용하는 것이 좋다. 이때, 위상차 보상 첨가제 중에서의 아크릴 단량체의 함량이 60 - 90 중량%로 조절하는 것이 바람직한데, 아크릴 단량체의 함량이 60 중량% 미만이면 중합도가 저하되는 문제가 있을 수 있고, 반대로 90 중량%를 초과하면 z축방향 굴절률을 향상시키기 어렵다. 또한, 중합반응의 개시제로는 특별히 한정하지는 않으나, 2,2’- 아조비스이소부티로니트릴(AIBN)를 사용하는 것이 좋다.
이러한 셀룰로오스 아세테이트 필름은 셀룰로오스 아세테이트를 상기와 같이 구성된 위상차 보상 첨가제 및 기타 첨가제를 용매에 용해시킨 후, 이 용액을 지지체 상에 캐스팅하고, 용매를 증발시켜 필름을 형성하는 솔벤트 캐스트법에 의해 제조할 수 있다. 이때 상기 용매로는 아세트산메틸, 아세트산에틸, 아세트산아밀, 포름산에틸, 아세톤, 시클로헥사논, 아세토아세트산메틸, 테트라하이드로퓨란, 1,3-디옥솔란, 4-메틸-1,3-디옥솔란, 1,4-디옥산, 2,2,2-트리플루오로에탄올, 2,2,3,3-헥사플루오로-1-프로판올, 1,3-디플루오로-2-프로판올, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로-2-메틸-2-프로판올, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로-2-프로판올, 2,2,3,3,3-펜타플루오로-1-프로판올, 니트로에탄, 2-피롤리돈, N-메틸-2-피롤리돈, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 염화메틸렌 및 브로모프로판 중에서 선택한 1종 이상을 사용할 수 있고, 바람직하기로는 아세트산메틸, 아세톤 또는 염화메틸렌을 사용하는 것이 좋다. 또한, 이들 용매에 메탄올, 에탄올, 부탄올 등의 저급 알코올을 병용하면, 셀룰로오스 아크릴레이트의 용매에의 용해성이 향상되거나 용액의 점도를 저감할 수 있기 때문에 바람직하다.
제조된 필름은 별도의 연신과정 없이도 우수한 두께 방향의 위상차 값을 갖는다. 구체적으로 23℃, 상대습도 55%, 550nm 파장에서 10nm≤Ro≤150nm 및 30nm≤Rth≤350 nm의 위상차 값을 갖는다. 상기 Ro 및 Rth는 각각 면방향 위상차 값 두께방향 위상차 값으로 다음 수학식 (1) 및 (2)로 표시된다.
식(1) Ro=(nx-ny)×d
식(2) Rth=[(nx+ny)/2-nz]×d
(단, d는 필름의 두께(nm), nx은 필름의 면내의 최대의 굴절율, ny은 필름 면내에서 nx에 직각인 방향의 굴절율, nz은 두께 방향에 있어서 필름의 굴절율이다)
실시예: 셀룰로오스 아세테이트 필름의 제조
아세틸화도가 2.41인 셀룰로오스 아세테이트(VM-149, Eastman社) 92 중량%에 대하여 제조한 위상차 보상 첨가제를 8 중량% 중량부, 메틸렌클로라이드:메탄올=9:1의 혼합용액을 믹싱탱크에 넣고 교반하여 셀룰로오스 아세테이트가 완전히 용해된 용액을 제조하였다. 이후, 제조한 용액을 지지체 상에 캐스팅하고, 용매를 증발시켜 필름을 형성하였다. 이때 건조온도는 140℃, 건조시간은 40 분으로 하였으며, 제조된 필름의 두께는 40 ㎛이였다.
비교예: 셀룰로오스 아세테이트 필름의 제조
실시예와 동일하게 실시하되 위상차 보상 첨가제를 일반적인 폴리에스터 첨가제로 대체하여 사용하였다.
여기에 사용된 위상차 보상 첨가제 구조는 하기와 같은 화학구조로서 말단에 벤젠링으로 형성된 화학 첨가제이다.
Figure pat00003

상기 실시예 및 비교예를 통해 제조된 위상차 필름의 위상차 및 두께를 하기 표 1을 통해 제시하였다.
구분 Ro(nm) Rth(nm) 두께(㎛)
실시예 50 125.6 40
비교예 39.4 104.7 40
상기 표 1에서 볼 수 있듯이, 폴리에스터계 첨가제를 사용한 비교예와 대비할 때, 실시예의 면방향 위상차(Ro) 및 두께방향 위상차(Rth) 값이 약 10nm 및 20nm만큼 크기 때문에 위상차 보상 효과를 갖는 것을 알 수 있다.
본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하지만, 첨부 특허청구의 범위에 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

Claims (3)

  1. 셀룰로오스 에스테르 필름 전중량에 대해서, 지방산 셀룰로오스 에스테르를 85 - 99 중량%를 함유하고, 하기 화학식 1로 표시되는 위상차 보상 첨가제를 1 - 15 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 위상차 보상 첨가제를 함유하는 액정표시장치용 위상차 필름.

    Figure pat00004

    [화학식 1]
    (상기 화학식 1에서 주쇄(main chain)는 1개 이상의 방향족 그룹과 지방족 그룹을 포함하는 탄소수 1 - 20개의 화합물로 이루어져 있음.)
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상차 보상 첨가제의 화학식 1의 주쇄에서의 방향족 그룹은 벤젠, 나프탈렌, 안트라센, 테트라센을 포함하는 것을 특징으로 하는 위상차 보상 첨가제를 함유하는 액정표시장치용 위상차 필름.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상차 필름은 면방향 위상차(Ro)가 10 - 150nm이고, 두께방향 위상차(Rth)가 30 - 350nm이고, 파장 분산성이 1이하인 것을 특징으로 하는 위상차 보상 첨가제를 함유하는 액정표시장치용 위상차 필름.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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