KR20140112227A

KR20140112227A - Va모드 액정 표시 장치용 위상차 필름

Info

Publication number: KR20140112227A
Application number: KR1020130026674A
Authority: KR
Inventors: 김영수; 김용원; 하선영; 전용현; 이유미; 이정훈; 이소영
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2013-03-13
Filing date: 2013-03-13
Publication date: 2014-09-23

Abstract

본 발명은 VA모드 액정 표시 장치용 위상차 필름에 관한 것으로 면방향 위상지연값(R_o)이 40 - 200nm 이고, 두께방향 위상지연값(R_th)이 90 - 300nm이며, 두께가 15 - 50μm인 셀룰로오스 에스테르 필름을 특징으로 한다.
본 발명의 위상차 필름은 면방향 및 두께 방향의 위상지연값이 커 광학적 성능이 우수하고 필름의 두께가 얇아 박막화가 가능한 장점이 있다.

Description

VA모드 액정 표시 장치용 위상차 필름 {Phase differnce film for VA-Mode Liquid-Crystal device}

본 발명은 VA모드 액정 표시 장치용 위상차 필름에 관한 것으로, 보다 상세하게는 VA(Vertical Alignment)용으로 사용 가능한 VA모드 액정 표시 장치용 위상차 필름에 관한 것이다.

액정표시장치(LCD)는 컴퓨터, 텔레비전(TV) 등의 화상 표시장치로서 이용되는 대표적인 평판 표시장치이다. 액정표시장치는 액정셀 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.

액정표시장치에 있어서, 백라이트(Back light)에서 방출된 빛은 이방성을 가지는 액정 및 서로 수직으로 배치된 1쌍의 편광판을 통과하므로 액정표시장치의 정면에서는 양호한 화상을 얻을 수 있지만 측면에서 관찰할 경우, 표시 성능이 저하되는 시야각 의존성을 나타낸다. 특히 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(R_th, 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. 이와 같은 위상차 필름의 주원료로는 셀룰로오스아실레이트가 유리한 것으로 필름의 광학 특성이 셀룰로오스아실레이트의 아실 치환도에 의존하는 것이 알려져 있다.

특히 저치환도의 셀룰로오스아실레이트는 그 고유 복굴절이 높기 때문에, 아실 치환도를 저감시킴으로써, 예를 들어 VA 용 위상차 필름으로서 적절한 높은 광학 발현성을 실현할 수 있는 것으로 여겨지고 있다. 그러나, 아실 치환도를 저감시키면 셀룰로오스아실레이트 필름 막 제조시에 각종 문제가 발생하기 때문에 종래에는 널리 실용에 적용시키지는 못하였다. 구체적으로는 아실 치환도를 저감시킨 셀룰로오스아실레이트를 용액 유연(流延)하면 지지체와의 박리성이 악화되는 것이 알려져 있어, 박리가 곤란해지거나, 박리가 가능한 경우라도 필름 막 제조 방향과 직교한 줄무늬 형상의 불균일이 지지체로부터의 박리에서 기인되어 발생한다는 문제가 있었다.

이와 관련된 종래기술에 따른 셀룰로오스아실레이트 적층 필름으로서 한국공개특허 2010-0027977호에서의 셀룰로오스아실레이트 적층 필름은 코어층의 총 아실 치환도가 2.0 - 2.7이고, 스킨층의 총 아실 치환도의 최소값이 2.7 이상으로 한정하고 있고, 한국공개특허 2006-0056990호에서는 탄소수 5 - 20의 지방족 아실기에 치환도가 1 - 3으로 한정하고 있고, WO 공개특허 2007-105399호에서는 평균 아실기 치화도가 2.7 - 2.99로 한정하고 있으며, 또 다른 WO 공개특허 2007-132615호에서는 아실기 총 탄소수가 6.2 - 7.5, 아실기 총 치환도는 2.95 이하로 한정하고 있다.

그러나, 상기 적층 필름들은 등방위성 물질인 TAC에 의해 위상차 보상 필름이 보유해야 하는 위상차의 발현이 어렵고, 스킨층과 광학값 밸런스를 맞추기 위하여 코어층에 위상차 저감제 등의 첨가제를 별도로 사용해야 하는 문제점이 있었다.

더불어, 스킨층과 코어층의 광특성 밸런스의 불균일이 발생하여 재생 시 위상차 값이 변화하는 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 제조시의 공정 오염이 적고 광학 특성이 향상된 VA모드 액정 표시 장치용 위상차 필름을 제공하는 것을 주된 목적으로 한다.

또한 본 발명은 면방향 위상지연값(R_o)이 40 - 200nm 이고 두께 방향 위상지연값 (R_th)이 90 - 300nm이며 두께가 40μm인 위상차 필름을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 하기 식 (1)~(2)를 만족하는 셀룰로오스 에스테르 필름을 포함하는 VA모드 액정 표시 장치용 위상차 필름의 과제 해결을 위한 수단으로 제공한다.

식(1) 0.15≤X≤0.25

식(2) 2.0≤Y≤2.5

(단, Y는 아실기의 치환 범위를 나타내고, X는 부틸기의 치환범위를 나타낸다.)

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 위상차 필름은 하기 식(3)과 (4)를 포함하며 면방향 위상지연값(R_o)이 40 - 200nm 이고, 두께방향 위상지연값(R_th)이 90 - 300nm인 것을 특징으로 한다.

식(3) Ro=(nx-ny)×d

식(4) 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 굴절율이고, 각각 23℃, 상대습도 55%의 환경하에서 파장 550nm로 측정한 값이다.)

한편, 본 발명에 따른 필름의 두께가 15 - 50μm를 갖는다.

본 발명의 VA모드 액정 표시 장치용 위상차 필름으로서 면방향 및 두께 방향의 위상지연값(R_o)이 커 광학적 성능이 우수하고 필름의 두께가 얇아 박막화가 가능할 뿐만 아니라 제조가 간단하여 LCD에 장착시 패널의 광학 특성을 향상시키는 효과가 기대된다.

이하, 하기 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명한다.

본 발명은 다양한 균등한 수단을 가질 수 있고, 여러 가지 실시예를 가질 수 있다.

또한, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명에서 사용된 위상차 필름의 주된 원료는 셀룰로오스 에스테르 필름 중 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트(Cellulose Acetate Butyrate, CAB)인데, 이는 통상 셀룰로오스 분자속의 히드록시기를 아세틸화한 아세트산 에스테르로서 섬유소에 아세트산무수물, 진한 황산을 섞어서 제조되는데, 방사하여 아세테이트 섬유를 만들거나 불연성 필름, 플라스틱, 전기 절연체 따위를 만드는 데에 쓰인다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 본원발명의 물성을 만족시키는 셀룰로오스 에스테르 필름이면 어떤 것이든 무방하다.

상기 CAB는 하기식 (1)과 (2)를 만족하는 것을 특징으로 한다.

식(1) 0.15≤X≤0.25

식(2) 2.0≤Y≤2.5

상기 식에서 Y는 아실기의 치환 범위를 나타내고, X는 부틸기의 치환범위를 나타낸다. 상기 부틸기의 치환도가 0.15 미만이면 위상차의 발현도가 너무 낮고 0.35를 초과하면 필름에서 냄새가 심하게 발생되는 등 최종 제품의 물성에 문제가 발생한다.

한편, 본 발명의 셀룰로오스 에스테르 필름은 하기 물성 식(3)과 (4)로 표현되는 두께 15 - 50μm을 갖는다.

식(3) R_o=(nx-ny)×d

식(4) R_th=[(nx+ny)/2-nz]×d

실시예 1

1. 부틸기 치환도 0.25

2. 메틸렌클로라이드:메탄올=9:1

상기 성분을 믹싱 탱크에 넣고 교반하여 완전히 용해시키고, 용해된 도프 용액을 이용하여 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트 필름을 제조한다. 이 때 위상차 필름의 위상차는 R_o/R_th=63/145이고, 필름 두께는 40μm이었으며, 필름에서 냄새가 심하게 나는 문제가 해결되었다.

비교예 1

1. 부틸기 치환도 0.4

2. 메틸렌클로라이드:메탄올=9:1

상기 성분을 믹싱 탱크에 넣고 교반하여 완전히 용해시키고, 용해된 도프 용액을 이용하여 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트 필름을 제조한다. 이 때 위상차 필름의 위상차는 R_o/R_th=70/155이고, 필름 두께는 40μm이었으나, 필름에서 냄새가 심하게 나는 문제가 있었다.

비교예 2

1. 부틸기 치환도 0.15

2. 메틸렌클로라이드:메탄올=9:1

상기 성분을 믹싱 탱크에 넣고 교반하여 완전히 용해시키고, 용해된 도프 용액을 이용하여 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트 필름을 제조한다. 이 때 위상차 필름의 위상차는 R_o/R_th=40/110이고, 필름 두께는 40μm이었으며, 필름에서 냄새가 심하게 나는 문제가 해결 되었으나, 위상차 발현이 조금 저하되는 결과를 얻었다.

상기 실시예 1과 비교예 1, 2의 결과를 종합해 보면, VA모드 액정표시장치용 위상차 필름은 실시예에서 가장 좋은 결과를 얻었으며, 위상차 발현 성능은 부틸기 치환도가 0.15보다는 크고 0.25보다는 작을 때, 그리고 면방향 위상차(R_o)는 40 - 200nm, 두께방향 위상지연값(R_th)는 90 - 300nm가, 그리고 필름 두께는 15 - 45μm에서 위상차 발현 효과가 큰 것으로 나타나 광학적 성능이 우수하고 필름의 두께가 얇아 박막화가 가능한 것으로 판명되었다.

Claims

하기 식(1)과 (2)를 만족하는 셀룰로오스 에스테르 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 VA모드 액정 표시 장치용 위상차 필름.

식(1) 0.15≤X≤0.25
식(2) 2.0≤Y≤2.5
(단, Y는 아실기의 치환 범위를 나타내고, X는 부틸기의 치환범위를 나타낸다.)
제 1항에 있어서,
상기 위상차 필름은 하기 식(3)과 (4)로 표현되는 면방향 위상차 지연값(R_o)이 40 - 200nm 이고,
두께방향 위상지연값 R_th이 90 - 300nm를 가지는 것을 특징으로 하는 VA모드 액정 표시 장치용 위상차 필름.

식(3) R_o=(nx-ny)×d
식(4) R_th=[(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 굴절율이고, 각각 23℃, 상대습도 55%의 환경하에서 파장 550nm로 측정한 값이다.)
제 1항에 있어서,
상기 위상차 필름의 두께 범위는 15 - 50μm인 것을 특징으로 하는 VA모드 액정표시 장치용 위상차 필름.