KR20140147771A - 광학 필름 - Google Patents

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Abstract

본 출원은, 광학 필름, 편광판 및 디스플레이 장치에 관한 것이다. 예시적인 광학 필름은, 예를 들면, 얇으면서도 넓은 파장 범위에서 목적하는 위상 지연 특성을 나타낼 수 있으며, 시감 특성이 우수하다. 하나의 예시에서 상기 광학 필름은 1/4 파장 위상 지연 특성을 나타낼 수 있다. 상기 광학 필름은, 예를 들면, 반사형 또는 반투과반사형 액정 표시장치 등과 같은 액정 표시장치 또는 유기발광 표시장치 등에 사용될 수 있다.

Description

광학 필름{OPTICAL FILM}
본 출원은, 광학 필름, 편광판 및 디스플레이 장치에 관한 것이다.
위상차 필름(retardation film)은, 예를 들면, 특허문헌 1 등에서 나타난 바와 같이, LCD(Liquid Crystal Display)의 시야각 특성을 향상시키기 위하여 액정셀의 일측 또는 양측에 배치될 수 있다. 위상차 필름은, 또한 반사형 LCD나 OLED(Organic Light Emitting Device) 등에서 반사 방지 및 시인성의 확보 등을 위하여 사용될 수 있다.
위상차 필름은, 위상 지연 특성에 따라서 1/2 파장 또는 1/4 파장 위상차 필름 등이 있다. 종래의 1/2 또는 1/4 파장 위상차 필름은, 위상차가 파장마다 달라지고, 이에 따라서 1/2 또는 1/4 파장 위상차 필름으로 작용하는 파장의 범위가 일부 범위로만 제한되는 문제점이 있다. 예를 들어, 550 nm의 파장의 광에 대하여는 1/4 파장 위상차 필름으로 기능하는 필름도 450 nm 또는 650 nm의 파장의 광에 대하여는 1/4 파장 위상차 필름으로 기능하지 않는 경우가 많다.
특허문헌 1: 일본공개특허 공보 제1996-321381호
본 출원은, 광학 필름, 편광판 및 디스플레이 장치를 제공한다.
예시적인 광학 필름은, 양의 이축성 고분자 필름(positive biaxial polymer film)과 액정층을 포함할 수 있다. 상기에서 액정층은, 상기 고분자 필름상에 존재할 수 있다.
용어 「이축성 고분자 필름」은, 광학 이방성을 가지는 고분자 필름으로서, 상기 필름의 x축 방향의 굴절률(이하, Nx), y축 방향의 굴절률(이하, Ny) 및 z축 방향의 굴절률(이하, Nz)이 모두 서로 상이한 필름을 의미할 수 있다. 상기에서 x축은, 예를 들면, 도 1에 나타난 바와 같이, 필름의 면상의 어느 일 방향을 의미하고, y축은 상기 x축에 수직한 면상 방향을 의미하며, z축은, 상기 x축과 y축에 의해 형성되는 평면의 법선의 방향, 예를 들면 필름의 두께 방향을 의미할 수 있다. 하나의 예시에서 상기 x축은 광학 이방성 필름의 지상축(slow axis)과 평행한 방향이고, y축은 광학 이방성 필름의 진상축(fast axis)과 평행한 방향일 수 있다.
이축성 고분자 필름 중에서 하기 수식 1을 만족하는 것은 양의 이축성 고분자 필름으로 정의되고, 하기 수식 2를 만족하는 것은 음의 이축성 고분자 필름으로 정의될 수 있다.
[수식 1]
Nx ≠ Ny < Nz
[수식 2]
Nx ≠ Ny > Nz
광학 필름에서 양의 이축성 고분자 필름과 액정층은, 고분자 필름의 광축과 액정층의 광축이 서로 약 60도 내지 75도의 범위 내 또는 약 65도 내지 70도의 범위 내의 어느 한 각도를 이루도록 배치되어 있을 수 있다. 용어 「광축」은, 지상축(slow axis) 또는 진상축(fast axis)을 의미하고, 특별히 달리 규정하지 않는 한 지상축을 의미할 수 있다.
본 명세서에서 용어 「수직, 직교, 수평 또는 평행」은, 목적하는 효과를 손상시키지 않은 범위에서의 실질적인 수직, 직교, 수평 또는 평행을 의미한다. 따라서, 상기 각 용어는, 예를 들면, ±15도 이내, ±10도 이내, ±5도 이내 또는 ±3도 이내의 오차를 포함할 수 있다.
도 2는, 고분자 필름(101)과 액정층(102)을 포함하는 예시적인 광학 필름(100)을 나타낸다. 광학 필름(200)은, 예를 들면, 도 3에 나타난 바와 같이 고분자 필름(101)과 액정층(102)의 사이에 존재하는 배향층(201)을 추가로 포함할 수 있다.
광학 필름은, 예를 들면, 1/4 파장 위상 지연 특성을 가질 수 있다. 용어 「n 파장 위상 지연 특성」은, 적어도 일부의 파장 범위 내에서, 입사 광을 그 입사 광의 파장의 n배만큼 위상 지연시킬 수 있는 특성을 의미할 수 있다. 하나의 예시에서 상기 광학 필름은, 550 nm의 파장의 광에 대한 면상 위상차가 140 nm 내지 210 nm 또는 160 nm 내지 190 nm 정도일 수 있다.
용어 광학 필름, 고분자 필름 또는 액정층의 「면상 위상차」는, 「(Nx-Ny) × d」로 계산되는 수치이다. 상기에서 Nx는, 광학 필름, 고분자 필름 또는 액정층의 x축 방향의 굴절률이고, Ny는 광학 필름, 고분자 필름 또는 액정층의 y축 방향의 굴절률이며, d는 광학 필름, 고분자 필름 또는 액정층의 두께이다. 또한, 용어 광학 필름, 고분자 필름 또는 액정층의 「두께 방향 위상차」는, 「(Nz-(Nx + Ny)/2) × d」로 계산되는 수치이고, 상기에서 Nx, Ny, d는 상기 정의된 바와 같고, Ny는, 광학 필름, 고분자 필름 또는 액정층의 두께 방향의 굴절률이다. 상기에서 광학 필름, 고분자 필름 및 액정층의 Nx, Ny 및 Nz는 도 1에 나타난 방식으로 정해질 수 있다.
본 명세서에서 부호 「R(λ)」은, λ nm의 파장의 광에 대한 광학 필름, 고분자 필름 또는 액정층의 면상 위상차를 의미할 수 있다. 하나의 예시에서 광학 필름은, R(450)/R(550)가 1.01 내지 1.09, 1.02 내지 1.08, 1.03 내지 1.07, 1.04 내지 1.06, 일 수 있고, R(650)/R(550)가 0.91 내지 0.99, 0.92 내지 0.98, 0.93 내지 0.97, 0.94 내지 0.96일 수 있다.
광학 필름에 포함되는 고분자 필름은, 예를 들면, 1/4 파장 위상 지연 특성을 가지는 것일 수 있다. 상기 고분자 필름은, 예를 들면, 550 nm의 파장의 광에 대한 면상 위상차가 90 nm 내지 140 nm, 100 nm 내지 120 nm 또는 정도일 수 있다. 고분자 필름은 또한 550 nm의 파장에 대한 두께 방향의 위상차가 45 nm 내지 210 nm, 70nm 내지 145nm 또는 약 90 nm 내지 145 nm의 범위 내에 있을 수 있다. 고분자 필름은, 예를 들면, 정상 파장 분산 특성(normal wavelength dispersion)을 가지는 층으로서, R(450)/R(550) 및 R(650)/R(550)의 차이의 절대값이 0.05 이상 또는 1 이상일 수 있다. 하나의 예시에서 상기 고분자 필름은, R(450)/R(550)가 1.05 내지 1.15의 범위 내일 수 있다. 또한, 상기 고분자 필름은 R(650)/R(550)가 0.85 내지 0.95의 범위 내일 수 있다. 이와 같은 고분자 필름이 액정층과 적층되면, 단일 고분자 또는 액정필름 보다 작은 파장 분산 특성을 가지는 광학 필름을 얻을 수 있다.
광학 필름의 경사각에서 시감 특성을 개선하기 위하여 양의 이축성 고분자 필름의 두께 방향의 위상차(RT)는, 그 면상 위상차(RI)에 대한 비율(RT/RI)이 소정 범위에 속하도록 조절될 수 있다. 예를 들면, 양의 이축성 고분자 필름의 두께 방향 위상차(RT)의 면상 위상차(RI)에 대한 비율(RT/RI)은, 0.5 내지 1.5의 범위 내 또는 0.7 내지 1.2의 범위 내에 있을 수 있다. 양의 이축성 고분자 필름의 위상차 비율(RT/RI)을 상기와 같이 조절하면, 시감 특성, 특히 경사각에서 시감 특성이 우수한 필름의 제공이 가능할 수 있다.
양의 이축성 고분자 필름은, 예를 들면, 연신에 의해 광학 이방성을 부여할 수 있는 광투과성의 고분자 필름을 적절한 방식으로 연신한 필름일 수 있다. 또한, 광학 이방성을 가지는 한, 무연신의 고분자 필름도 사용할 수 있다. 하나의 예시에서 상기 고분자 필름으로는, 광투과율이 70% 이상, 80% 이상 또는 85% 이상이고, 흡수제 캐스트 방식으로 제조되는 필름을 사용할 수 있다. 고분자 필름은, 통상 균질한 연신 필름의 생성 가능성을 고려하여, 두께가 3 mm 이하, 1 ㎛ 내지 1 mm 또는 5 ㎛ 내지 500 ㎛ 정도일 수 있다.
고분자 필름으로는, 예를 들면, 아크릴 필름, 폴리에틸렌 필름 또는 폴리프로필렌 필름 등의 폴리올레핀 필름, 폴리노르보넨 필름 등의 고리형 올레핀 폴리머(COP: Cycloolefin polymer) 필름, 폴리염화비닐 필름, 폴리아크릴로니트릴 필름, 폴리설폰 필름, 폴리비닐알코올 필름 또는 TAC(Triacetyl cellulose) 필름 등의 셀룰로오스 에스테르계 폴리머 필름이나 상기 폴리머를 형성하는 단량체 중에서 2종 이상의 단량체의 공중합체 필름 등이 예시될 수 있다. 필요하다면, 상기 양의 이축성 고분자 필름은, 또한 이 분야에서 양의 이축성 필름을 형성할 수 있는 것으로 공지되어 있는 액정 고분자 필름을 사용하여 형성할 수도 있다.
광학 필름의 액정층은, 예를 들면, 1/2 파장 위상 지연 특성을 가지는 것일 수 있다. 액정층은, 예를 들면, 상기 기술한 x축, y축 및 z축 방향의 굴절률인 Nx, Ny, Nz가 「Nx > Ny = Nz」의 관계를 만족하는 층일 수 있다. 상기에서 Ny와 Nz가 동일하다는 것은 양자가 실질적으로 동일하다는 것을 의미한다. 예를 들면, 상기 액정층은, 예를 들면, 550 nm의 파장의 광에 대한 면상 위상차가 200 nm 내지 280 nm, 200 nm 내지 270 nm, 200 nm 내지 260 nm 또는 220 nm 내지 250 nm일 수 있다. 액정층의 550 nm의 파장의 광에 대한 두께 방향의 위상차는, 550 nm의 파장에서 예를 들면, -10 nm 내지 10 nm 정도이거나 또는 실질적으로 0 nm일 수 있다. 액정층은, 예를 들면, 정상 파장 분산 특성(normal wavelength dispersion)을 가지는 층으로서, R(450)/R(550)이 R(650)/R(550)보다 큰 값을 가지는 액정층일 수 있다. 하나의 예시에서 액정층의 R(450)/R(550)가 1.01 내지 1.19, 1.01 내지 1.12, 1.02 내지 1.18, 1.03 내지 1.17, 1.04 내지 1.16, 1.05 내지 1.15, 1.06 내지 1.14, 1.07 내지 1.13 또는 1.08 내지 1.12이고, R(650)/R(550)가 0.81 내지 0.99, 0.82 내지 0.98, 0.83 내지 0.97, 0.84 내지 0.96, 0.85 내지 0.95, 0.86 내지 0.94 또는 0.91 내지 0.99 정도일 수 있다. 이와 같은 액정층이 고분자 필름과 적층되면, 목적하는 물성, 예를 들면, 단일 고분자 또는 액정필름 보다 작은 파장 분산 특성을 가지는 광학 필름을 얻을 수 있다.
액정층은, 예를 들면, 중합성 액정 화합물을 포함할 수 있다. 하나의 예시에서 액정층은 중합성 액정 화합물을 중합된 형태로 포함할 수 있다. 용어 「중합성 액정 화합물」은, 액정성을 나타낼 수 있는 부위, 예를 들면, 메소겐(mesogen) 골격 등을 포함하고, 또한 중합성 관능기를 하나 이상 포함하는 화합물을 의미할 수 있다. 또한, 「중합성 액정 화합물이 중합된 형태로 포함되어 있다는 것」은 상기 액정 화합물이 중합되어 액정층 내에서 액정 고분자의 주쇄 또는 측쇄와 같은 골격을 형성하고 있는 상태를 의미할 수 있다.
액정층은 또한 중합성 액정 화합물을 비중합된 상태로 포함하거나, 중합성 비액정 화합물, 안정제, 비중합성 비액정 화합물 또는 개시제 등의 공지의 첨가제를 추가로 포함하고 있을 수 있다.
하나의 예시에서 액정층에 포함되는 중합성 액정 화합물은, 다관능성 중합성 액정 화합물과 단관능성 중합성 액정 화합물을 포함할 수 있다.
용어 「다관능성 중합성 액정 화합물」은, 액정 화합물 중에서 중합성 관능기를 2개 이상 포함하는 화합물을 의미할 수 있다. 하나의 예시에서 다관능성 중합성 액정 화합물은 중합성 관능기를 2개 내지 10개, 2개 내지 8개, 2개 내지 6개, 2개 내지 5개, 2개 내지 4개, 2개 내지 3개 또는 2개 포함할 수 있다. 또한, 용어 「단관능성 중합성 액정 화합물」은, 액정 화합물 중에서 하나의 중합성 관능기를 가지는 화합물을 의미할 수 있다.
다관능성 및 단관능성 중합성 화합물을 함께 사용하면, 액정층의 위상 지연 특성을 효과적으로 조절할 수 있고, 구현된 위상 지연 특성, 예를 들면, 광축이나, 위상 지연값을 안정적으로 유지할 수 있다.
액정층은, 단관능성 중합성 액정 화합물을 다관능성 중합성 액정 화합물을 100 중량부 대비 0 중량부 초과 100 중량부 이하, 1 중량부 내지 90 중량부, 1 중량부 내지 80 중량부, 1 중량부 내지 70 중량부, 1 중량부 내지 60 중량부, 1 중량부 내지 50 중량부, 1 중량부 내지 30 중량부 또는 1 중량부 내지 20 중량부로 포함할 수 있다. 상기 범위 내에서 다관능성 및 단관능성 중합성 액정 화합물의 혼합 효과를 극대화할 수 있다. 본 명세서에서 특별히 달리 규정하지 않는 한, 단위 「중량부」는 중량의 비율을 의미할 수 있다.
하나의 예시에서 상기 다관능성 또는 단관능성 중합성 액정 화합물은, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
화학식 1에서 A는 단일 결합,-COO- 또는 -OCO-이고, R1 내지 R10은, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 알킬기, 알콕시기, 알콕시카보닐기, 시아노기, 니트로기, -O-Q-P 또는 하기 화학식 2의 치환기이거나, R1 내지 R5 중 인접하는 2개의 치환기의 쌍 또는 R6 내지 R10 중 인접하는 2개의 치환기의 쌍은 서로 연결되어 -O-Q-P로 치환된 벤젠을 형성하되, R1 내지 R10 중 적어도 하나는 -O-Q-P 또는 하기 화학식 2의 치환기이거나, R1 내지 R5 중 인접하는 2개의 치환기 또는 R6 내지 R10 중 인접하는 2개의 치환기 중 적어도 하나의 쌍은 서로 연결되어 -O-Q-P로 치환된 벤젠을 형성하고, 상기에서 Q는 알킬렌기 또는 알킬리덴기이며, P는, 알케닐기, 에폭시기, 시아노기, 카복실기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기 등의 중합성 관능기이다.
[화학식 2]
Figure pat00002
화학식 2에서 B는 단일 결합, -COO- 또는 -OCO-이고, R11 내지 R15는, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 알킬기, 알콕시기, 알콕시카보닐기, 시아노기, 니트로기 또는 -O-Q-P이거나, R11 내지 R15 중 인접하는 2개의 치환기의 쌍은 서로 연결되어 -O-Q-P로 치환된 벤젠을 형성하되, R11 내지 R15 중 적어도 하나가 -O-Q-P이거나, R11 내지 R15 중 인접하는 2개의 치환기의 쌍은 서로 연결되어 -O-Q-P로 치환된 벤젠을 형성하고, 상기에서 Q는 알킬렌기 또는 알킬리덴기이며, P는, 알케닐기, 에폭시기, 시아노기, 카복실기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기 등의 중합성 관능기이다.
상기 화학식 1 및 2에서 인접하는 2개의 치환기가 서로 연결되어 -O-Q-P로 치환된 벤젠을 형성한다는 것은, 인접하는 2개의 치환기가 서로 연결되어 전체적으로 -O-Q-P로 치환된 나프탈렌 골격을 형성하는 것을 의미할 수 있다.
상기 화학식 2에서 B의 좌측의 "-"는 B가 화학식 1의 벤젠에 직접 연결되어 있음을 의미할 수 있다.
상기 화학식 1 및 2에서 용어 「단일 결합」은, A 또는 B로 표시되는 부분에 별도의 원자가 존재하지 않는 경우를 의미한다. 예를 들어, 화학식 1에서 A가 단일 결합인 경우, A의 양측의 벤젠이 직접 연결되어 비페닐(biphenyl) 구조를 형성할 수 있다.
상기 화학식 1 및 2에서 할로겐으로는, 예를 들면, 염소, 브롬 또는 요오드 등이 예시될 수 있다.
본 명세서에서 용어 「알킬기」는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 예를 들면, 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기를 의미하거나, 또는, 예를 들면, 탄소수 3 내지 20, 탄소수 3 내지 16 또는 탄소수 4 내지 12의 시클로알킬기를 의미할 수 있다. 상기 알킬기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 의해 치환될 수 있다.
본 명세서에서 용어 「알콕시기」는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 예를 들면, 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 알콕시기를 의미할 수 있다. 상기 알콕시기는, 직쇄, 분지쇄 또는 고리형일 수 있다. 또한, 상기 알콕시기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 의해 치환될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 용어 「알킬렌기」 또는 「알킬리덴기」는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 예를 들면, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 4 내지 10 또는 탄소수 6 내지 9의 알킬렌기 또는 알킬리덴기를 의미할 수 있다. 상기 알킬렌기 또는 알킬리덴기는, 예를 들면, 직쇄, 분지쇄 또는 고리형일 수 있다. 또한, 상기 알킬렌기 또는 알킬리덴기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 의해 치환될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 「알케닐기」는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 예를 들면, 탄소수 2 내지 20, 탄소수 2 내지 16, 탄소수 2 내지 12, 탄소수 2 내지 8 또는 탄소수 2 내지 4의 알케닐기를 의미할 수 있다. 상기 알케닐기는, 예를 들면, 직쇄, 분지쇄 또는 고리형일 수 있다. 또한, 상기 알케닐기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 의해 치환될 수 있다.
또한, 상기 화학식 1 및 2에서 P는, 예를 들면, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기이거나, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기일 수 있고, 다른 예시에서는 아크릴로일옥시기일 수 있다.
본 명세서에서 특정 관능기에 치환되어 있을 수 있는 치환기로는, 알킬기, 알콕시기, 알케닐기, 에폭시기, 옥소기, 옥세타닐기, 티올기, 시아노기, 카복실기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기, 메타크릴로일옥시기 또는 아릴기 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
화학식 1 및 2에서 적어도 하나 이상 존재할 수 있는 -O-Q-P 또는 화학식 2의 잔기는, 예를 들면, R3, R8 또는 R13의 위치에 존재할 수 있다. 또한, 서로 연결되어 -O-Q-P로 치환된 벤젠을 구성하는 치환기는, 예를 들면, R3 및 R4이거나, 또는 R12 및 R13일 수 있다. 또한, 상기 화학식 1의 화합물 또는 화학식 2의 잔기에서 -O-Q-P 또는 화학식 2의 잔기 이외의 치환기 또는 서로 연결되어 벤젠을 형성하고 있는 치환기 외의 치환기는 예를 들면, 수소, 할로겐, 탄소수 1 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기, 탄소수 1 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기를 포함하는 알콕시카보닐기, 탄소수 4 내지 12의 시클로알킬기, 탄소수 1 내지 4의 알콕시기, 시아노기 또는 니트로기일 수 있으며, 다른 예시에서는 염소, 탄소수 1 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기, 탄소수 4 내지 12의 시클로알킬기, 탄소수 1 내지 4의 알콕시기, 탄소수 1 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기를 포함하는 알콕시카보닐기 또는 시아노기일 수 있다.
중합성 액정 화합물은 수평 배향된 상태로 액정층에 포함되어 있을 수 있다. 하나의 예시에서 상기 화합물은, 수평 배향 상태로 중합되어 액정층에 포함되어 있을 수 있다. 본 명세서에서 용어 「수평 배향」은, 액정 화합물을 포함하는 액정층의 광축이 액정층의 평면에 대하여 약 0도 내지 약 25도, 약 0도 내지 약 15도, 약 0도 내지 약 10도, 약 0도 내지 약 5도 또는 약 0도의 경사각을 가지는 경우를 의미할 수 있다.
도 3에 나타난 바와 같이, 예시적인 광학 필름(200)는 고분자 필름(101)과 액정층(102)의 사이에 배향층(201)을 추가로 포함할 수 있다. 배향층은, 광학 필름의 형성 과정에서 액정 화합물을 배향시켜서 상기 액정층의 광축을 조절하는 역할을 하는 층일 수 있다. 배향층으로는, 이 분야에서 공지되어 있는 통상의 배향층, 예를 들면, 임프린팅(imprinting) 방식으로 형성된 배향층, 광배향층 또는 러빙 배향층 등이 사용될 수 있다. 상기 배향층은 임의적인 구성이며, 경우에 따라서는, 고분자 필름을 직접 러빙하거나 연신하는 방식으로 배향층 없이 배향성을 부여할 수도 있다.
본 출원은 또한 광학 필름의 제조 방법에 대한 것이다. 예시적인 상기 제조 방법은, 예를 들면, 상기 양의 이축성 고분자 필름상에 상기 액정층을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 상기 과정에서 상기 고분자 필름의 광축과 액정층의 광축은 상기한 각도를 이루도록 조절될 수 있다.
예시적인 제조 방법에서는 고분자 필름과 액정층의 구체적인 내용은 이미 기술하였던 사항이 동일하게 적용될 수 있다.
액정층은, 예를 들면, 상기 고분자 필름상에 배향층을 형성하고, 상기 배향층상에 상기 기술한 중합성 액정 화합물을 포함하는 액정 조성물의 도포층을 형성한 후에 상기 액정 조성물을 배향시킨 상태에서 중합시키는 방식으로 제조할 수 있다.
상기에서 배향층은 예를 들면, 고분자 필름에 폴리이미드 등의 고분자막을 형성하고 러빙 처리하거나, 광배향성 화합물을 코팅하고, 직선 편광의 조사 등을 통하여 배향 처리하는 방식 또는 나노 임프린팅 방식 등과 같은 임프린팅 방식으로 형성할 수 있다. 이 분야에서는, 목적하는 배향 방향, 예를 들면, 고분자 필름과 상기 기술한 바와 같은 각도를 이루도록 형성된 광축을 가지는 방향으로 배향된 액정층을 형성하기 위한 배향 방향을 고려하여, 배향층을 형성하는 다양한 방식이 공지되어 있다.
액정 조성물의 도포층은, 예를 들면, 공지의 방식으로 고분자 필름의 배향층상에 상기 조성물을 코팅하여 형성할 수 있다. 상기 도포층의 하부에 존재하는 배향층의 배향 패턴에 따라서 배향시킨 후에 중합시켜서 액정층을 형성할 수 있다. 하나의 예시에서 상기 제조 방법은, 광학 이방성 고분자 필름을 일 방향으로 이송하면서 상기 고분자 필름상에 액정층을 형성하는 방식으로 수행할 수 있다.
본 출원은 또한 편광판에 대한 것이다. 예시적인 편광판은, 선편광자 및 상기 광학 필름을 포함할 수 있다. 하나의 예시에서 상기 선편광자는 상기 광학 필름의 일면, 예를 들면, 광학 필름의 액정층측에 부착되어 있을 수 있다. 상기 편광판에서, 선편광자의 광 흡수축은, 광학 필름의 고분자 필름의 광축과 수직 또는 수평을 이룰 수 있다. 상기 각도는 선편광자의 광 흡수축을 기준으로 시계 또는 반시계 방향으로 측정한 각도일 수 있다. 또한, 편광판에서 액정층의 광축은 선편광자의 광 흡수축과 60도 내지 75도의 범위 내의 어느 한 각도 또는 약 15도 내지 30도의 범위 내의 어느 한 각도를 이룰 수 있다. 상기 각도는 선편광자의 광 흡수축을 기준으로 시계 또는 반시계 방향으로 측정한 각도이되, 상기 고분자 필름의 광축과 선편광자의 광 흡수축이 이루는 각도를 측정한 방향과 동일한 방향으로 측정한 각도일 수 있다.
도 4는 예시적인 편광판(400)을 나타내는 도면이고, 선편광자(401)에 광학 필름(402)이 부착되어 있다. 도 4와 같이, 하나의 예시적인 편광판(400)에서 광학 필름(402)은 액정층(102)이 고분자 필름(101)에 가깝게 위치되도록 포함되어 있을 수 있다.
선편광자는 여러 방향으로 진동하는 입사광으로부터 한쪽 방향으로 진동하는 광을 추출할 수 있는 기능성 소자이다. 선편광자로는, 예를 들면, PVA(poly(viNyl alcohol)) 선편광자와 같은 통상의 흡수형 선편광자를 사용할 수 있다. 하나의 예시에서 선편광자는, 이색성 색소 또는 요오드가 흡착 및 배향되어 있는 폴리비닐알코올 필름 또는 시트일 수 있다. 상기 폴리비닐알코올은, 예를 들면, 폴리비닐아세테이트를 겔화하여 얻을 수 있다. 폴리비닐아세테이트로는, 비닐 아세테이트의 단독 중합체; 및 비닐 아세테이트 및 다른 단량체의 공중합체 등이 예시될 수 있다. 상기에서 비닐 아세테이트와 공중합되는 다른 단량체로는, 불포화 카복실산 화합물, 올레핀 화합물, 비닐에테르 화합물, 불포화 술폰산 화합물 및 암모늄기를 가지는 아크릴아미드 화합물 등의 일종 또는 이종 이상이 예시될 수 있다. 폴리비닐아세테이트의 겔화도는, 일반적으로 약 85몰% 내지 약 100몰% 또는 98몰% 내지 100몰% 정도이다. 또한, 선편광자에 사용되는 폴리비닐알코올의 중합도는, 일반적으로 약 1,000 내지 약 10,000 또는 약 1,500 내지 약 5,000일 수 있다.
광학 필름에서 선편광자와 액정층은, 예를 들면, 공지의 적절한 점착제층 또는 접착제층에 의해 서로 부착되어 있을 수 있다. 도 5는 광학 필름(402)이 점착제층 또는 접착제층(501)에 의해 선편광자(401)에 부착되어 있는 편광판(500)을 예시적으로 나타낸다.
광학 필름과 선편광자는 점착제층 또는 접착제층을 통하여 직접 부착되어 있을 수도 있고, 필요에 따라서는, 선편광자와 점착제층 또는 접착제층의 사이 또는 광학 필름과 점착제층 또는 접착제층의 사이에 프라이머층을 추가로 포함하여 부착되어 있을 수도 있다. 예를 들어, 도 5에 도시한 편광판(500)에서 프라이머층이 선편광자(401)와 점착제층 또는 접착제층(501)의 사이 또는 점착제층 또는 접착제층(501)과 광학 필름(402)의 사이에 위치할 수 있다. 프라이머층의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 일반적으로 접착성 향상을 위하여 사용되는 다양한 종류가 모두 사용될 수 있다.
편광판은, 또한 선편광자의 일면, 예를 들면, 선편광자의 광학 필름과 접하는 면과는 반대측면에 존재하거나, 혹은 선편광자의 양면에 존재하는 선편광자의 보호층을 추가로 포함할 수도 있다.
본 출원은 또한 편광판의 제조 방법에 대한 것이다. 예시적인 상기 제조 방법은, 선편광자와 광학 필름을 부착하는 것을 포함할 수 있다. 상기 방법에서는, 선편광자와 광학 필름의 부착 시에 선편광자의 광 흡수축, 광학 필름의 고분자 필름 또는 액정층의 광축이 상기 기술한 범위의 각도를 이루도록 부착할 수 있다.
광학 필름과 선편광자를 부착하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 적절한 점착제 또는 접착제 조성물을 선편광자 또는 광학 필름의 일면에 코팅하고, 상기 코팅층을 매개로 선편광자와 광학 필름을 합지한 후에 접착제 조성물을 경화시키거나, 또는 점착제 또는 접착제 조성물을 사용한 액적(dropping) 방식에 의하여 선편광자와 광학 필름을 합지하고 조성물을 경화시키는 방식 등을 사용할 수 있다. 상기에서 조성물의 경화는, 예를 들면, 조성물에 포함되어 있는 성분을 고려하여 적절한 강도의 활성 에너지선을 적절한 광량으로 조사하여 수행할 수 있다.
본 출원은 또한 디스플레이 장치에 대한 것이다. 예시적인 디스플레이 장치는, 상기 편광판을 포함할 수 있다.
편광판을 포함하는 상기 디스플레이 장치의 구체적인 종류는 특별히 제한되지 않는다. 상기 장치는, 예를 들면, 반사형 또는 반투과반사형 액정 표시장치(LCD, Liquid Crystal Display)와 같은 액정 표시장치이거나, 유기발광 표시장치(OLED, Organic Light Emitting Device) 등일 수 있다.
디스플레이 장치에서 상기 편광판의 배치 형태는 특별히 제한되지 않고, 예를 들면 공지의 형태가 채용될 수 있다. 예를 들어, 반사형 액정 표시장치에서 상기 편광판은, 외부 광의 반시 방지 및 시인성의 확보를 위하여 액정 패널의 편광판 중에서 어느 하나의 편광판으로 사용될 수 있다. 또한 유기발광표시 장치에서는 역시 외부 광의 반사 방지와 시인성의 확보를 위하여 상기 편광판은, OLED의 전극층의 외측에 배치될 수 있다.
예시적인 광학 필름은, 예를 들면, 얇으면서도 넓은 파장 범위에서 목적하는 위상 지연 특성을 나타낼 수 있으며, 시감 특성이 우수하다. 하나의 예시에서 상기 광학 필름은 1/4 파장 위상 지연 특성을 나타낼 수 있다. 상기 광학 필름은, 예를 들면, 반사형 또는 반투과반사형 액정 표시장치 등과 같은 액정 표시장치 또는 유기발광 표시장치 등에 사용될 수 있다.
도 1은, x축, y축 및 z축을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 2 및 3은 예시적인 광학 필름의 모식도이다.
도 4 및 5는 예시적인 편광판의 모식도이다.
이하 실시예 및 비교예를 참조하여 상기 광학 필름을 보다 상세히 설명하지만, 상기 광학 필름의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
1. 위상차값
위상차는 16개의 뮬러 매트릭스(Muller Matrix)를 측정할 수 있는 장비인 Axoscan(Axomatrics사제)을 사용하여 측정하였다. 구체적으로는, 상기 장비를 사용하여 제조사의 매뉴얼에 따라서 16개의 뮬러 매트릭스를 구하고, 이를 통해 위상차를 추출하였다.
2. 정면 반사율
정면 반사율은 미놀타(Minolta) 분광색측계 장비(모델 CM-2600d)를 사용하여 제조사의 매뉴얼에 따라 측정하였다.
3. 경사각 편광 효율(500 nm )
경사각의 반사 특성은 원편광판의 편광 효율과 밀접한 관계가 있으며 이러한 편광 효율을 평가하여 경사각 반사특성을 가늠해볼 수 있다. 이에 위상차 측정장비(Axoscan)를 사용하여 기준 파장 550 nm 및 50도 경사각에서의 원편광도(Circular Ellipticity)를 측정하여 편광 효율을 확인하였다.
실시예 1.
고분자 필름으로서 550 nm의 파장에 대한 면상 위상차가 약 105 nm이고, 두께 방향의 위상차가 약 105 nm이며, 정파장분산특성을 가지는 아크릴 필름상에 다음의 방식으로 550 nm의 파장에 대한 면상 위상차가 약 242 nm인 액정층(정파장 분산특성)을 형성하였다. 아크릴 필름의 일면에 광배향층 형성용 조성물을 건조 후의 두께가 약 1,000Å이 되도록 코팅하고, 80℃의 오븐에서 2 분 동안 건조시켰다. 상기에서 광배향층 형성용 조성물로는, 하기 화학식 A의 신나메이트기를 갖는 폴리노르보넨(분자량(Mw)=150,000) 및 아크릴 단량체의 혼합물을 광개시제(Igacure 907)와 혼합하고, 다시 그 혼합물을 시클로펜타논(cyclopentanone) 용매에 폴리노르보넨의 고형분 농도가 2 중량%가 되도록 용해시켜 제조한 조성물을 사용하였다(폴리노르보넨: 아크릴 단량체:광개시제 = 2:1:0.25(중량비)).
[화학식 A]
Figure pat00003
이어서, 상기 건조된 광배향층 형성용 조성물을 배향 처리하되, 상기 배향층에 의해 형성된 액정층의 광축이 상기 아크릴 필름의 광축과 약 67도를 이루도록 배향 처리하여 광배향층을 형성하였다. 구체적으로는 상기 건조된 조성물의 상부에 직선 편광된 광을 생성할 수 있는 와이어 그리드 편광판을 상기 광축의 형성 위치를 고려하여 위치시키고, 아크릴 필름을 약 3 m/min의 속도로 이동시키면서, 상기 편광판을 매개로 광배향층 형성용 조성물에 자외선(300 mW/cm2)을 약 30초 동안 조사하여 배향 처리를 수행하였다. 이어서, 배향 처리된 배향층 상에 액정층을 형성하였다. 액정 조성물로서 하기 화학식 B로 표시되는 다관능성 중합성 액정 화합물 70 중량부 및 하기 화학식 C로 표시되는 단관능성 중합성 액정 화합물 30 중량부를 포함하고, 적정량의 광개시제를 포함하는 액정 조성물을 약 1㎛ 의 건조 두께가 되도록 도포하고, 하부의 배향층에 배향에 따라 배향시킨 후에, 자외선(300mW/cm2)을 약 10초 동안 조사하여 액정을 가교 및 중합시켜, 아크릴 필름의 광축과 약 67도를 이루는 광축을 가지는 액정층을 형성하여 광학 필름을 제조하였다.
[화학식 B]
Figure pat00004
[화학식 C]
Figure pat00005
이어서, 제조된 광학 필름에 통상적인 폴리비닐알코올계 선편광자를 부착하여 원편광판을 제조하였다. 상기 부착은 선편광자가 액정층에 부착되도록 수행하였고, 이 과정에서 선편광자의 광 흡수축과 아크릴 필름의 광축은 대략 수평이 되도록 하였다.
비교예 1.
고분자 필름으로서 550 nm의 파장에 대한 면상 위상차가 약 100 nm이고, 두께 방향의 위상차가 약 -48 nm이며, 평편파장분산특성을 가지는 고리형 올레핀 폴리머 필름(COP)상에 실시예 1과 동일한 방식과 재료를 사용하여 550 nm의 파장에 대한 면상 위상차가 약 240 nm인 액정층(정파장 분산특성)을 형성하였다. 이 과정에서 형성된 액정층의 광축이 상기 올레핀 폴리머 필름의 광축과 약 67도를 이루도록 하였다. 그 후, 액정층상에 통상적인 폴리비닐알코올계 선편광자를 부착하여 원편광판을 제조하였다. 상기 부착은 선편광자가 액정층에 부착되도록 수행하였고, 이 과정에서 선편광자의 광 흡수축과 올레핀 필름의 광축은 대략 수평이 되도록 하였다.
비교예 2.
고분자 필름으로서 550 nm의 파장에 대한 면상 위상차가 약 3 nm이고, 두께 방향의 위상차가 약 51 nm이며, 정파장분산특성을 가지는 아크릴 필름상에 실시예 1과 동일한 방식과 재료를 사용하여 550 nm의 파장에 대한 면상 위상차가 약 135 nm인 액정층(정파장 분산특성)을 형성하였다. 이 과정에서 형성된 액정층의 광축이 상기 아크릴 필름의 광축과 약 45도를 이루도록 하였다. 그 후, 액정층상에 통상적인 폴리비닐알코올계 선편광자를 부착하여 원편광판을 제조하였다. 상기 부착은 선편광자가 액정층에 부착되도록 수행하였고, 이 과정에서 선편광자의 광 흡수축과 올레핀 필름의 광축은 대략 수평이 되도록 하였다.
비교예 3.
고분자 필름으로서 550 nm의 파장에 대한 면상 위상차가 약 4 nm이고, 두께 방향의 위상차가 약 -52 nm이며, 정파장분산특성을 가지는 TAC(triacetyl cellulose) 필름상에 실시예 1과 동일한 방식과 재료를 사용하여 550 nm의 파장에 대한 면상 위상차가 약 135 nm인 액정층(정파장 분산특성)을 형성하였다. 이 과정에서 형성된 액정층의 광축이 상기 TAC 필름의 광축과 약 45도를 이루도록 하였다. 그 후, 액정층상에 통상적인 폴리비닐알코올계 선편광자를 부착하여 원편광판을 제조하였다. 상기 부착은 선편광자가 액정층에 부착되도록 수행하였고, 이 과정에서 선편광자의 광 흡수축과 TAC 필름의 광축은 대략 수평이 되도록 하였다.
비교예 4.
고분자 필름으로서 550 nm의 파장에 대한 면상 위상차가 약 105 nm이고, 두께 방향의 위상차가 약 105 nm이며, 정파장분산특성을 가지는 아크릴 필름상에 실시예 1과 동일한 방식과 재료를 사용하여 550 nm의 파장에 대한 면상 위상차가 약 242 nm인 액정층(정파장 분산특성)을 형성하였다. 이 과정에서 형성된 액정층의 광축이 상기 아크릴 필름의 광축과 약 76도를 이루도록 하였다. 그 후, 액정층상에 통상적인 폴리비닐알코올계 선편광자를 부착하여 원편광판을 제조하였다. 상기 부착은 선편광자가 액정층에 부착되도록 수행하였고, 이 과정에서 선편광자의 광 흡수축과 아크릴 필름의 광축은 대략 수평이 되도록 하였다.

 고분자 필름 액정층 정면
반사율		 편광효율(550nm)
Re(nm) Rth(nm) OP(도) 종류 Re(nm) OP(도)
실시예1 105 105 0 아크릴 242 67 5.03% 86%
비교예1 100 -48 0 COP 240 67 5.72% 67%
비교예2 3 51 0 아크릴 135 45 5.57% 87%
비교예3 4 -52 0 TAC 135 45 5.14% 69%
비교예4 105 105 0 아크릴 242 76 7.35% 60%
Re : 고분자 필름 또는 액정층의 550 nm 의 광에 대한 면상 위상차(단위: nm )
Rth : 고분자 필름의 550 nm 광에 대한 두께 방향 위상차(단위: nm )
OP : 원편광판에서 고분자 필름 또는 액정층의 광축이 선편광자의 광 흡수축과 시계 방향으로 이루는 각도(단위: 도)
100, 200, 402: 광학 필름
101: 고분자 필름
102: 액정층
201: 배향층
400, 500: 편광판
401: 선편광자
501: 점착제층 또는 접착제층

Claims (13)

  1. 양의 이축성 고분자 필름; 및 상기 고분자 필름상에 존재하며, 상기 고분자 필름의 광축과 60도 내지 75도의 범위 내의 어느 각도를 이루는 방향으로 형성된 광축을 가지는 액정층을 포함하는 광학 필름.
  2. 제 1 항에 있어서, 1/4 파장 위상 지연 특성을 가지는 광학 필름.
  3. 제 1 항에 있어서, 고분자 필름은 정상 파장 분산 특성을 가지는 광학 필름.
  4. 제 1 항에 있어서, 고분자 필름은, R(450)/R(550) 및 R(650)/R(550)의 차이의 절대값이 0.05 이상인 광학 필름.
  5. 제 1 항에 있어서, 고분자 필름은, R(450)/R(550)이 1.05 내지 1.15의 범위 내이고, R(650)/R(550)이 0.85 내지 0.95의 범위 내인 광학 필름.
  6. 제 1 항에 있어서, 고분자 필름의 두께 방향 위상차(Rth)에 대한 면상 위상차(Rin)의 비율(Rth/Rin)이 0.5 내지 1.5의 범위 내인 광학 필름.
  7. 제 1 항에 있어서, 고분자 필름은, 아크릴 필름, 폴리올레핀 필름, 고리형 올레핀 폴리머 필름, 폴리염화비닐 필름, 폴리아크릴로니트릴 필름, 폴리설폰 필름, 폴리비닐알코올 필름 또는 셀룰로오스 에스테르계 폴리머 필름을 포함하거나, 상기 폴리머를 형성하는 단량체 중에서 2종 이상의 단량체의 공중합체의 필름을 포함하는 광학 필름.
  8. 제 1 항에 있어서, 액정층은, 정상 파장 분산 특성을 가지는 광학 필름.
  9. 제 1 항에 있어서, 액정층은, R(450)/R(550)이 R(650)/R(550)보다 큰 광학 필름.
  10. 제 1 항에 있어서, 액정층은, R(450)/R(550)이 1.01 내지 1.12의 범위 내이고, R(650)/R(550)이 0.91 내지 0.99의 범위 내인 광학 필름.
  11. 일 방향으로 형성된 광 흡수축을 가지는 선편광자; 및 상기 선편광자의 일면에 존재하며, 상기 선편광자의 광 흡수축과 수직 또는 수평을 이루는 방향으로 형성된 광축을 가지는 양의 이축성 고분자 필름; 및 상기 양의 이축성 고분자 필름과 선편광자의 사이에 존재하고, 상기 선편광자의 광 흡수축과 60도 내지 75도의 범위 내의 어느 한 각도 또는 15도 내지 30도의 범위 내의 어느 한 각도를 이루는 방향으로 형성된 광축을 가지는 액정층을 포함하는 편광판.
  12. 제 1 항의 광학 필름 또는 제 12 항의 편광판을 포함하는 디스플레이 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 반사형 액정 표시장치, 반투과반사형 액정 표시장치 또는 유기발광 표시장치인 디스플레이 장치.
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