KR20150037694A - 광학 부재 - Google Patents

Abstract

본 출원은 광학 부재, 디스플레이 패널 및 디스플레이 장치에 관한 것이다. 예시적인 광학 부재는, 제 1 편광자와 패턴 편광자의 조합에 의하여 패턴화된 차광 기능을 나타낼 수 있다. 이러한 광학 부재는 예를 들어, 액정디스플레이장치 등과 같은 디스플레이장치에서 블랙 매트릭스로 유용하게 사용될 수 있다.

Description

광학 부재{OPTICAL MEMBER}

본 출원은 광학 부재, 디스플레이 패널 및 디스플레이 장치에 관한 것이다.

박형 구조가 가능하고 휴대성이 양호한 디스플레이 소자에 대한 관심이 집중되면서 이른바 평판표시소자가 종래의 CRT를 대신하여 TV나 컴퓨터 모니터, 이동단말기 등에 널리 보급되고 있다. 그 중에서도 액정표시장치(liquid crystal display, LCD)는 소비 전력이 낮고, 휴대성이 양호하여 가장 일반적으로 사용되고 있다.

액정표시장치 중에서도 각각의 화소(pixel)별로 전압의 온(on), 오프(off)를 조절할 수 있는 스위칭 소자인 박막트랜지스터를 구비한 액티브 매트릭스형 액정표시장치가 해상도 및 동영상 구현능력이 뛰어나 가장 주목을 받고 있다.

일반적으로, 액정표시장치는 박막트랜지스터 및 화소전극을 형성하는 어레이 기판 제조 공정과 컬러필터 및 공통 전극을 형성하는 컬러필터 기판 제조 공정을 통해 각각 어레이 기판 및 컬러필터 기판을 형성하고, 이들 두 기판 사이에 액정을 개재하는 셀 공정을 거쳐 완성된다.

즉, 어레이 기판에는 다수의 화소 영역을 정의하는 복수의 게이트 배선과 데이터 배선이 형성되고, 이들 배선의 교차 지점에 스위칭 소자인 박막트랜지스터(TFT)가 구비되어 화소영역에 형성된 화소전극과 일대일 대응, 접속한다. 반면, 컬러필터 기판에는 어레이 기판의 비-표시 영역을 가리도록 화소영역을 에워싸는 격자 형상의 블랙매트릭스가 형성되고, 이들 격자 내부에 각각의 화소 영역에 대응되게 순차적으로 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴을 포함하는 컬러필터층을 형성하고 있으며, 블랙매트릭스와 컬러필터층의 전면에 투명한 공통전극이 형성된다. 형태에 따라 공통전극은 어레이 기판에 형성되기도 한다(특허문헌 1 참조).

이러한 액정표시장치에 있어서 각각의 화소 영역에 대한 개구율에 큰 영향을 주는 것이 블랙매트릭스이다. 즉, 블랙매트릭스는 컬러필터 기판 제조 공정에서 가장 먼저 형성되는데, 자체 발광 기능이 없는 액정표시장치에서 광원을 제공하는 백라이트로부터 액정 셀로 유입된 빛을 비-표시영역에서 차단한다. 즉, 액정표시소자에서 컬러 디스플레이의 고화질, 고-대비 표시를 위해서는 컬러필터를 구성하는 3색의 픽셀 사이에 차광성이 우수한 블랙매트릭스를 형성함으로써, 기판의 투명전극 이외로 투과되는 광을 차단하여 콘트라스트를 향상시킨다. 이에 따라, 블랙매트릭스는 화소를 광학적으로 분리하며, 색상을 구현하는 R, G, B의 컬러필터층의 컬러 레지스트(color resist)를 향상시키며, 광에 의한 누설 전류를 차단하는 기능을 수행한다.

일반적으로 블랙매트릭스는 도포, 노광, 현상 및 하드 베이킹 공정을 통하여 기판의 일면에 적절한 패턴을 가지면서 형성된다. 즉, 컬러필터 기판에 다양한 유기물 또는 무기물로 이루어진 감광성 조성물을 원하는 두께로 도포(coating)하여 포토레지스트(photo resist) 코팅막을 형성한다. 이어서, 포토리소그라피(photolithography) 공정을 적용하여 적절한 선폭(critical dimension)을 구현할 수 있는 노광 마스크를 이용한 노광(exposure) 공정 및 현상(development) 공정을 거쳐 원하는 패턴을 형성한다. 마지막으로 오븐에서 하드-베이킹(hard baking) 공정을 통하여 경화시킨다. 이에 따라 형성된 블랙매트릭스는 컬러필터 기판의 일면에 원하는 패턴을 형성하여 비-표시영역을 가릴 수 있다.

종래에는 크롬을 이용하여 블랙매트릭스를 형성하였으나, 크롬을 이용한 블랙매트릭스는 광-반사율이 높아 표시 품질의 저하를 초래하고 환경오염 등의 문제가 있었다. 이에 따라 염색법, 인쇄법, 전착법 등의 방법이 제안되었으나 주로 안료분산법을 이용하여 블랙매트릭스 패턴을 형성한다. 안료분산법이란, 블랙매트릭스가 형성되어야 하는 투명 기판 위에 착색 안료를 포함하는 광중합성 조성물을 코팅하고, 원하는 형태의 패턴을 노광, 현상, 경화하는 일련의 단계를 통하여 블랙매트릭스의 패턴을 형성하는 방법이다.

한국 공개특허공보 제10-2012-0119370호

본 출원은 광학 부재, 디스플레이 패널 및 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

예시적인 광학 부재는 일 방향으로 형성된 투과축을 가지는 제 1 편광자와 상기 제 1 편광자의 일면에 형성되고, 제 1 영역 및 제 2 영역을 포함하는 패턴 편광자를 포함할 수 있다. 제 1 영역은 예를 들어, 상기 제 1 편광자의 투과축과 평행한 방향으로 형성된 투과축을 가질 수 있고, 제 2 영역은 예를 들어, 상기 제 1 편광자의 투과축과 평행하지 않은 방향으로 형성된 투과축을 가질 수 있다. 도 1은 일 방향(↔로 도시)으로 형성된 투과축을 가지는 제 1 편광자(101) 및 상기 제 1 편광자에 일면에 형성되고, 제 1 및 제 2 영역(1021, 1022)을 포함하는 패턴 편광자(102)를 포함하는 광학 부재를 예시적으로 나타낸다. 예시적인 광학 부재는, 예를 들어, 차광 부재로 사용될 수 있다. 본 출원에서 「차광 부재」는, 예를 들어, 부재의 상부 또는 하부에서 입사되는 광을 흡수 또는 차단하여, 반대측 면으로 출사시키지 않는 기능성 부재를 의미할 수 있다.

본 출원에서 각도를 정의하면서, 「수직」, 「수평」, 「직교」 또는 「평행」 등의 용어를 사용하는 경우, 이는 목적 효과를 손상시키지 않는 범위에서의 실질적인 수직, 수평, 직교 또는 평행을 의미하는 것이고, 예를 들면, 제조 오차(error) 또는 편차(variation) 등을 포함하는 것이다. 따라서, 예를 들면, 상기 각각의 경우는 약 ±15도 이내의 오차, 바람직하게는 약 ±10도 이내의 오차, 보다 바람직하게는 약 ±5도 이내의 오차를 포함할 수 있다.

이하, 제 1 편광자를 보다 구체적으로 설명한다. 본 출원에서 「편광자」는, 예를 들어, 일 방향으로 형성된 투과축을 가지면서 입사 광에 대하여 비등방성 투과 특성을 나타내는 기능성 층을 의미할 수 있다. 예를 들어, 편광자는 여러 방향으로 진동하는 입사 광으로부터 어느 한쪽 방향으로 진동하는 광은 투과하고, 나머지 방향으로 진동하는 광은 흡수하는 기능을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 편광자는 입사하는 광을 직교하는 2개의 편광 성분으로 분리하여, 일방의 편광 성분은 투과시키고, 타방의 편광 성분을 흡수하여 차단시킬 수 있는 기능을 가지는 소자를 의미할 수 있다.

제 1 편광자로는, 이 분야에서 공지되어 있는 통상적인 흡수형 편광자를 사용할 수 있다. 예를 들어, 제 1 편광자는 이색성 물질을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로 제 1 편광자로는, 요오드 화합물 또는 이색성 염료 등의 이색성 물질로 염색된 고분자 연신 필름, 예를 들어, 폴리비닐알코올 필름 등을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 본 출원에서「염료」는 가시광 영역, 예를 들면, 400 nm 내지 700 nm 파장 범위 내에서 적어도 일부 또는 전체 범위 내의 광을 집중적으로 흡수 및/또는 변형시킬 수 있는 물질을 의미할 수 있으며, 「이색성 염료」는 가시광 영역의 적어도 일부 또는 전체 범위에서 광의 이방성 흡수가 가능한 물질을 의미할 수 있다.

이하, 패턴 편광자를 보다 구체적으로 설명한다. 패턴 편광자는 전술한 바와 같이, 상기 제 1 편광자의 투과축과 평행한 방향으로 형성된 투과축을 가지는 제 1 영역 및 상기 제 1 편광자의 투과축과 평행하지 않은 방향으로 형성된 투과축을 가지는 제 2 영역을 포함할 수 있다.

패턴 편광자는 예를 들어, 편광 물질의 코팅층일 수 있다. 따라서 광학 부재는, 롤투롤 공정으로, 간단하고 연속적으로 제조될 수 있을 뿐만 아니라, 구조 단순화를 통한 소자의 박형화가 가능하다. 상기 편광 물질은, 예를 들어, 중합성 액정 화합물 및 이색성 염료를 포함할 수 있다. 이러한 편광자는, 소위 게스트-호스트형 편광 소자로 불리며, 예를 들어, 광축 방향, 즉 중합성 액정 화합물의 배열 방향에 따라 이색성 염료가 함께 배열되어 염료의 정렬 방향과 평행한 광은 흡수하고 수직한 광은 투과시킴으로써 비등방성 광흡수 효과를 나타낼 수 있다.

본 출원에서 「중합성 액정 화합물」은, 액정성을 나타낼 수 있는 부위, 예를 들면 메조겐(mesogen) 골격 등을 포함하고, 중합성 관능기를 하나 이상 포함하는 화합물을 의미할 수 있다. 중합성 액정 화합물은, 예를 들어, 중합된 상태로 패턴 편광자 내에 포함될 수 있다. 본 출원에서「중합성 액정 화합물이 중합된 형태로 포함되어 있다는 것」은 상기 액정 화합물이 중합되어 패턴 편광층 내에서 액정 고분자의 주쇄 또는 측쇄와 같은 골격을 형성하고 있는 상태를 의미할 수 있다.

중합성 액정 화합물은, 예를 들어, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 사용할 수 있다.

[화학식 1]

상기 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 치환기이되, 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 치환기는 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]

상기 화학식 2에서 B는 단일 결합, -COO- 또는 -OCO-이고, R₁₁ 내지 R₁₅는, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 알킬기, 알콕시기, 알콕시카보닐기, 시아노기, 니트로기 또는 -O-Q-P이되, R₁₁ 내지 R₁₅ 중 적어도 하나는 -O-Q-P이거나, R₁₁ 내지 R₁₅ 중 인접하는 2개의 치환기는 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 치환기는 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 "-"은 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, 염소, 브롬 또는 요오드 등이 예시될 수 있다.

본 출원에서 용어 알킬기는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기 또는 탄소수 3 내지 20, 탄소수 3 내지 16 또는 탄소수 4 내지 12의 시클로알킬기를 의미할 수 있다. 상기 알킬기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 이해 치환될 수 있다.

본 출원에서 용어 알콕시기는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 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 이해 치환될 수 있다.

또한, 본 출원에서 용어 알킬렌기 또는 알킬리덴기는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 4 내지 10 또는 탄소수 6 내지 9의 알킬렌기 또는 알킬리덴기를 의미할 수 있다. 상기 알킬렌기 또는 알킬리덴기는, 직쇄, 분지쇄 또는 고리형일 수 있다. 또한, 상기 알킬렌기 또는 알킬리덴기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 이해 치환될 수 있다.

또한, 본 출원에서 알케닐기는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 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, 직쇄, 분지쇄 또는 고리형일 수 있다. 또한, 상기 알케닐기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 이해 치환될 수 있다.

또한, 상기 화학식 1 및 2에서 P는 바람직하게는 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기이고, 보다 바람직하게는 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기이며, 더욱 바람직하게는 아크릴로일옥시기일 수 있다.

본 출원에서 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.

중합성 액정 화합물은, 예를 들어, 수평 배항된 상태로 패턴 편광자 내에 포함되어 있을 수 있다. 본 출원에서 「수평 배향」은, 중합된 액정 화합물을 포함하는 패턴 편광자의 광축이 편광층의 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.

패턴 편광자에 포함되는 이색성 염료로는, 예를 들어, 소위 게스트호스트형 편광 소자를 형성할 수 있는 것으로 알려진 것, 예를 들어, 중합성 액정 화합물의 배향에 따라 배열될 수 있는 특성을 가지는 것으로 알려진 공지의 염료을 선택하여 사용할 수 있다. 이러한 이색성 염료로는, 예를 들어, 아조 염료 또는 안트라퀴논 염료 등의 공지된 염료를 사용할 수 있고, 구체적으로, 아조 염료 F355(등록 상표), F357(등록 상표) 또는 F593(등록 상표)(Nippon Kankoh Shikiso kenkyusho Ltd) 등이나, 상기와 대등한 효과를 나타내는 것으로 공지되어 있는 종류의 염료 등이 사용될 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 이색성 염료의 이색비(dichroic ratio)는 목적하는 물성을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있다. 본 출원에서 이색비는 이색성 염료의 장축 방향에 평행한 편광의 흡수를 상기 장축 방향에 수직하는 방향에 평행한 편광의 흡수로 나눈 값을 의미할 수 있다. 이색성 염료는, 예를 들어, 5 이상, 6 이상 또는 7 이상의 이색비를 가질 수 있다. 이색성 염료는, 예를 들어, 가시광 영역의 파장 범위 내, 예를 들면, 약 380 nm 내지 700 nm 또는 약 400 nm 내지 700 nm의 파장 범위 내에서 적어도 일부의 파장 또는 어느 한 파장에서 상기 이색비를 만족할 수 있다. 상기 이색비의 상한은, 예를 들면 20 이하, 18 이하, 16 이하 또는 14 이하 정도일 수 있다.

패턴 편광자의 제 1 영역 및 제 2 영역은, 예를 들어, 투과축이 서로 수직하게 형성되어 있을 수 있다. 이러한 배치에서 예를 들어, 제 1 편광자를 통과한 편광은 상기 제 1 편광자의 투과축과 평행한 투과축을 가지는 제 1 영역은 그대로 통과할 수 있고 제 1 편광자의 투과축과 수직인 투과축을 가지는 제 2 영역은 투과하지 못하게 된다. 따라서, 광학 부재는 제1 편광자와 패턴 편광자의 제 2 영역이 겹쳐지는 영역의 빛을 차단할 수 있어, 패턴화 차광 부재로 유용하게 사용할 수 있다. 또한, 광학 부재에서 제 1 편광자와 패턴 편광자의 제 2 영역의 겹쳐지는 영역은 상기 패턴 편광자의 편광도에 따라서 투과되는 빛의 양을 조절할 수 있다. 예를 들어, 패턴 편광자의 편광도가 높을수록 빛을 차단할 수 있는 기능이 더욱 우수하다.

패턴 편광자의 제 1 및 제 2 영역이 형성되는 형태는 특별히 제한되지 않으며, 목적하는 광학 부재의 용도에 따라서, 예를 들어, 목적하는 차광 영역의 패턴에 따라서 결정될 수 있다. 예를 들어, 패턴 편광자의 제 1 및 제 2 영역은 도 2에 나타낸 바와 같이, 공통 방향으로 연장하는 스트라이프 형상을 가지면서 서로 인접하여 교대로 배치될 수 있다. 제 1 및 제 2 영역이 스트라이프 형상으로 교대로 형성되는 경우, 상기 영역의 피치, 즉 하나의 제 1 영역의 선폭 및 상기와 인접하는 제 1 영역간의 간격의 합(도 2의 P); 및 인접하는 제 1 영역의 간격(도 2의 V)은 특별히 제한되지 않고, 광학 부재가 적용되는 용도에 따라서 결정될 수 있다.

패턴 편광자의 제 1 및 제 2 영역의 형상은 상기 스트라이프 형상에 제한되는 것은 아니고, 표시 장치에서 화상 생성부의 형태 또는 차광 부재가 적용되는 다른 용도에 따라서 변경될 수 있다. 예를 들어, 패턴 편광자의 제 1 및 제 2 영역은 도 3에 나타낸 바와 같이, 제 1 및 제 2 영역이 격자 형상으로 인접하여 서로 교대로 배치된 경우를 나타낸다. 이 경우에도, 각 영역의 피치 및 간격은 특별히 제한되지 않고, 차광 부재가 적용되는 용도에 따라서 결정될 수 있다. 상기에서 피치 및 간격은 격자 무늬로 배열되는 제 1 및 제 2 영역에서 세로 또는 가로 방향의 피치 및 간격을 의미할 수 있다.

광학 부재는 또한 기재층을 추가로 포함할 수 있고, 제 1 편광자와 패턴 편광자는 상기 기재층 상에 순차 형성되어 있을 수 있다. 이 경우에 광학 부재는 또한 배향막을 추가로 포함할 수 있고, 상기 배향막은 기재층과 패턴 편광자의 사이에 형성되어 있을 수 있다. 도 4는 기재층(401), 배향막(402), 패턴 편광자(102) 및 제 1 편광자(101)가 순차로 형성되어 있는 광학 부재를 예시적으로 나타낸다.

광학 부재는 또한 기재층을 추가로 포함하되, 상기 기재층의 일면에서 제 1 편광자가 형성되어 있고, 상기 기재층의 다른 면에서 패턴 편광자가 형성되어 있을 수 있다. 광학 부재는 또한 배향막을 추가로 포함할 수 있고, 상기 배향막은 기재층과 패턴 편광자의 사이에 형성되어 있을 수 있다. 도 5는 기재층(401)의 일면에 제 1 편광자(101)가 형성되어 있고, 상기 기재층(401)의 다른 면에 배향막(402) 및 패턴 편광자(102)가 순차로 형성되어 있는 광학부재를 예시적으로 나타낸다.

기재층으로는, 특별한 제한 없이 공지의 기재층 소재를 사용할 수 있다. 기재층으로는, 예를 들면, 유리 필름, 결정성 또는 비결정성 실리콘 필름, 석영 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 필름 등의 무기계 필름이나 플라스틱 필름 등을 사용할 수 있다. 기재층으로는, 또한, 광학적으로 등방성인 기판 또는 위상차층과 같이 광학적으로 이방성인 기판을 사용할 수 있다.

또한, 본 명세서에서 용어 「배향막」은 예를 들어, 인접하는 액정의 도파기의 정렬을 생성하는 표면 정렬 특성을 나타내는 층을 의미할 수 있다. 배향막은, 예를 들면, 패턴화되어 있는 복수의 홈 영역을 제공하는 수지막, 광배향막 또는 러빙 처리되어 있는 폴리이미드 등과 같은 러빙 처리막 등일 수 있다. 경우에 따라서는, 별도의 배향막을 형성하지 않고, 기재층을 단순히 러빙 또는 연신하거나, 그 표면에 친수성을 부여함으로써 기재층에 배향성을 부여하는 방식을 사용할 수도 있다.

플라스틱 기판으로는, TAC(triacetyl cellulose); 노르보르넨 유도체 등의 COP(cyclo olefin copolymer); PMMA(poly(methyl methacrylate); PC(polycarbonate); PE(polyethylene); PP(polypropylene); PVA(polyvinyl alcohol); DAC(diacetyl cellulose); Pac(Polyacrylate); PES(poly ether sulfone); PEEK(polyetheretherketon); PPS(polyphenylsulfone), PEI(polyetherimide); PEN(polyethylenemaphthatlate); PET(polyethyleneterephtalate); PI(polyimide); PSF(polysulfone); PAR(polyarylate) 또는 비정질 불소 수지 등을 포함하는 기판을 사용할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 기재층에는, 필요에 따라서 금, 은, 이산화 규소 또는 일산화 규소 등의 규소 화합물의 코팅층이나, 반사 방지층 등의 코팅층이 존재할 수도 있다.

배향막으로는 인접하는 패턴 편광자 내의 중합성 액정 화합물의 배향을 적절하게 조절할 수 있는 것이라면 어떠한 종류도 사용될 수 있고, 예를 들면, 러빙 배향막과 같이 접촉식 배향막이거나 또는 광배향막 화합물을 포함하여, 예를 들면, 직선 편광의 조사 등과 같은 비접촉식 방식에 의해 배향 특성을 나타낼 수 있는 것으로 공지된 배향막을 사용할 수 있다.

배향막으로는, 예를 들어, 광배향성 화합물을 포함하는 광배향막을 사용할 수 있다. 본 출원에서 용어 광배향성 화합물은, 광의 조사를 통하여 소정 방향으로 정렬(orientationally ordered)되고, 상기 정렬 상태에서 인접하는 액정 화합물 등을 역시 소정 방향으로 배향시킬 수 있는 화합물을 의미할 수 있다. 배향성 화합물은, 단분자 화합물, 단량체성 화합물, 올리고머성 화합물 또는 고분자성 화합물일 수 있다.

광배향성 화합물은, 광감응성 잔기(photosensitive moiety)를 포함하는 화합물일 수 있다. 액정 화합물의 배향에 사용될 수 있는 광배향성 화합물은 다양하게 공지되어 있다. 광배향성 화합물로는, 예를 들면, 트랜스-시스 광이성화(trans-cis photoisomerization)에 의해 정렬되는 화합물; 사슬 절단(chain scission) 또는 광산화(photo-oxidation) 등과 같은 광분해(photo-destruction)에 의해 정렬되는 화합물; [2+2] 첨가 환화([2+2] cycloaddition), [4+4] 첨가 환화 또는 광이량화(photodimerization) 등과 같은 광가교 또는 광중합에 의해 정렬되는 화합물; 광 프리즈 재배열(photo-Fries rearrangement)에 의해 정렬되는 화합물 또는 개환/폐환(ring opening/closure) 반응에 의해 정렬되는 화합물 등을 사용할 수 있다. 트랜스-시스 광이성화에 의해 정렬되는 화합물로는, 예를 들면, 술포화 디아조 염료(sulfonated diazo dye) 또는 아조고분자(azo polymer) 등의 아조 화합물이나 스틸벤 화합물(stilbenes) 등이 예시될 수 있고, 광분해에 의해 정렬되는 화합물로는, 시클로부탄 테트라카복실산 이무수물(cyclobutane-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride), 방향족 폴리실란 또는 폴리에스테르, 폴리스티렌 또는 폴리이미드 등이 예시될 수 있다. 또한, 광가교 또는 광중합에 의해 정렬되는 화합물로는, 신나메이트(cinnamate) 화합물, 쿠마린(coumarin) 화합물, 신남아미드(cinnamamide) 화합물, 테트라히드로프탈이미드(tetrahydrophthalimide) 화합물, 말레이미드(maleimide) 화합물, 벤조페논 화합물 또는 디페닐아세틸렌(diphenylacetylene) 화합물이나 광감응성 잔기로서 찰코닐(chalconyl) 잔기를 가지는 화합물(이하, 찰콘 화합물) 또는 안트라세닐(anthracenyl) 잔기를 가지는 화합물(이하, 안트라세닐 화합물) 등이 예시될 수 있고, 광 프리즈 재배열에 의해 정렬되는 화합물로는 벤조에이트(benzoate) 화합물, 벤조아미드(benzoamide) 화합물, 메타아크릴아미도아릴 (메타)아크릴레이트(methacrylamidoaryl methacrylate) 화합물 등의 방향족 화합물이 예시될 수 있으며, 개환/폐환 반응에 의해 정렬하는 화합물로는 스피로피란 화합물 등과 같이 [4+2] π 전자 시스템([4+2] π electronic system)의 개환/폐환 반응에 의해 정렬하는 화합물 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

광배향성 화합물은, 단분자 화합물, 단량체성 화합물, 올리고머성 화합물 또는 고분자성 화합물이거나, 상기 광배향성 화합물과 고분자의 블랜드(blend) 형태일 수 있다. 상기에서 올리고머성 또는 고분자성 화합물은, 상기 기술한 광배향성 화합물로부터 유도된 잔기 또는 상기 기술한 광감응성 잔기를 주쇄 내 또는 측쇄에 가질 수 있다.

광배향성 화합물로부터 유도된 잔기 또는 광감응성 잔기를 가지거나, 상기 광배향성 화합물과 혼합될 수 있는 고분자로는, 폴리노르보넨, 폴리올레핀, 폴리아릴레이트, 폴라아크릴레이트, 폴리(메타)아크릴레이트, 폴리이미드, 폴리암산(poly(amic acid)), 폴리말레인이미드, 폴리아크릴아미드, 폴리메타크릴아미드, 폴리비닐에테르, 폴리비닐에스테르, 폴리스티렌, 폴리실록산, 폴리아크릴니트릴 또는 폴리메타크릴니트릴 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

배향성 화합물에 포함될 수 있는 고분자로는, 대표적으로는 폴리노르보넨 신나메이트, 폴리노르보넨 알콕시 신나메이트, 폴리노르보넨 알릴로일옥시 신나메이트, 폴리노르보넨 불소화 신나메이트, 폴리노르보넨 염소화 신나메이트 또는 폴리노르보넨 디신나메이트 등이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

배향성 화합물이 고분자성 화합물인 경우에 상기 화합물은, 예를 들면 약 10,000 g/mol 내지 500,000 g/mol 정도의 수평균분자량을 가질 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

배향막 또는 배향막을 형성하는 전구 물질은 상기 광배향성 화합물에 추가로 광개시제를 포함할 수 있다. 광개시제로는, 예를 들면, 광의 조상 의하여 자유 라디칼 반응을 유도할 수 있는 것이라면 특별한 제한없이 사용할 수 있다. 이러한 광개시제로는, 알파 히드록시 케톤 화합물, 알파 아미노 케톤 화합물, 페닐 글리옥실레이트 화합물 또는 옥심 에스테르 화합물 등이 예시될 수 있고, 예를 들면, 옥심 에스테르 화합물이 사용될 수 있다. 전구 물질 내에서 광개시제의 비율은 특별히 제한되지 않고, 적절한 반응을 유도할 수 있는 정도로 포함되면 된다.

광배향막의 배향은 서로 다른 방향으로 배향된 제 1 및 제 2 배향 영역을 포함하도록 수행될 수 있으며, 상기 배향과정은 직선 편광된 광의 조사를 통해 수행될 수 있다. 상기 직선 편광된 광의 조사는, 예를 들어 와이어 그리드 편광자를 통하여 수행될 수 있다. 상기 배향 과정에서 광배향막의 적어도 일부 영역은 서로 상이한 방향으로 편광된 직선 편광에 동시에 또는 순차로 노출될 수 있다. 또한, 직선 편광된 광을 1회 이상 조사하는 경우, 배향막의 배향은 최종적으로 조사되는 광의 편광 방향에 의해 결정될 수 있다.

패턴 편광자는 예를 들면, 서로 다른 배향 방향을 가지는 제 1 및 제 2 배향 영역이 패턴화되어 있는 패턴 광배향막 상에 중합성 액정 화합물 및 이색성 염료를 포함하는 편광 물질을 코팅한 후 상기 중합성 액정 화합물을 중합시키는 것에 의하여 제조될 수 있다.

패턴 광배향막은 예를 들어, 기재층 상에 광배향막 조성물을 도포한 후, 직선 편광된 자외선을 조사하여 1차 배향을 실시하고, 마스크를 이용하여 상기 1차로 조사된 자외선 편광과 다른 방향의 직선 편광된 자외선을 일부 영역에만 조사함으로써 2차 배향시켜 제조할 수 있다. 이 경우에 제 1 배향 방향을 가지는 제 1 배향 영역과 상기 제 1 배향 방향과는 상이한 제 2 배향 방향을 가지는 제 2 배향 영역을 포함하는 배향 방향이 서로 다른 2종류 이상의 배향 영역을 가지는 패턴 광배향막을 제조할 수 있다.

패턴 광배향막 상에 편광 물질을 코팅하는 방식은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 롤 코팅, 인쇄법, 잉크젯 코팅, 슬릿 노즐법, 바 코팅, 콤마 코팅, 스핀 코팅 또는 그라비어 코팅 등과 같은 공지의 코팅 방식을 통한 코팅에 의해 수행될 수 있다.

중합성 액정 화합물의 중합 방법은, 특별히 제한되지 않고, 공지의 액정 화합물 중합 방법에 의하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 중합 반응이 개시될 수 있도록 적정 온도를 유지하는 방식이나 적절한 활성 에너지선을 조사하는 방식에 의하여 수행될 수 있다. 적정 온도에서의 유지 및 활성 에너지선의 조사가 동시에 요구되는 경우, 상기 공정은 순차적 또는 동시에 진행될 수 있다. 상기에서 활성 에너지선의 조사는, 예를 들면, 고압수은 램프, 무전극 램프 또는 크세논 램프(xenon lamp) 등을 사용하여 수행할 수 있으며, 조사되는 활성 에너지선의 파장, 광도 또는 광량 등의 조건은 상기 중합성 액정 화합물의 중합이 적절히 이루어질 수 있는 범위에서 선택될 수 있다.

본 출원은 또한 상기 광학 부재를 포함하는 디스플레이 패널에 관한 것이다. 상기 디스플레이 패널은, 예를 들면, 액정 디스플레이 패널일 수 있다. 액정 디스플레이 패널은, 복수의 화소가 행방향 및 열방향으로 2차원 배열된 투과형 표시 패널이며, 영상 신호에 따라 각 화소를 구동하는 것에 의해서 화상을 표시할 수 있다. 이러한 액정 디스플레이 패널은, 예를 들면, 도 6에 나타난 바와 같이, 백라이트 유니트(61) 측으로부터 차례 대로 투명 기판(62a), 화소 전극(63), 제 1 편광판(64a), 배향막(65a), 액정층(66), 배향막(65b), 공통 전극(67), 컬러 필터(68), 제 2 편광판(64b) 및 투명 기판(62b)을 포함할 수 있다.

디스플레이 패널의 상기 컬러 필터는 도 7에 나타낸 바와 같이, 기판(701) 상에 적색, 녹색 또는 청색의 서브픽셀을 포함하는 픽셀이 2개 이상 형성되어 있는 화상 표시 영역(702)을 포함하고, 광학 부재(1)는 제 1 편광자와 패턴 편광자의 제 2 영역이 겹쳐지는 부분이 상기 서브픽셀 간의 경계에 존재하도록 포함될 수 있다. 상기 디스플레이 패널에서 상기 제 1 편광자 및 패턴 편광자에 대한 구체적인 사항은 이미 기술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 제 1 편광자와 패턴 편광자의 제 2 영역이 겹쳐지는 부분은 차광 부재로서 작용할 수 있기 때문에, 상기 서브픽셀 간의 경계에 존재하도록 배치되는 경우 블랙 매트릭스의 기능을 수행할 수 있다.

디스플레이 패널에서 제 1 편광자과 패턴 편광자의 제 2 영역이 겹쳐지는 부분의 면적은, 예를 들어 서브픽셀의 면적 이하일 수 있다. 또한, 상기 서브픽셀이 스트라이프 형상으로 교대로 배치된 경우, 상기 패턴 편광자의 제 1 영역 및 제 2 영역도 스트라이프 형상으로 교대로 배치될 수 있고, 상기 서브픽셀이 격자 형상으로 교대로 배치된 경우, 상기 패턴 편광자의 제 1 영역 및 제 2 영역도 격자 형상으로 교대로 배치될 수 있다.

본 출원은 또한, 상기 디스플레이 패널을 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다. 전술한 바와 같이 상기 광학 부재를 포함하는 디스플레이 패널은 종래의 잉크젯 방식 등에 의하지 않고, 제1 편광자와 패턴 편광자의 조합에 의하여 블랙 매트릭스를 구비할 수 있다. 디스플레이 장치로는, 액정 표시 장치 뿐만 아니라 유기 EL(Electroluminescence) 표시 장치, 무기 EL 표시 장치, 전계 방출 표시 장치(FED; Field Emission Display), 표면 전계 방출 표시 장치(SPED; Surface Field Emission Display), 전자 페이퍼(전자 잉크나 전기 영동 소자)를 이용한 표시 장치, 플라즈마 표시 장치, 투사형 표시 장치[예를 들면, 회절 광 밸브 (GLV; grating light valve) 표시 장치, 디지털 마이크로 미러 디바이스(Digital Light Processing)를 갖는 표시 장치] 및 압전 세라믹 표시 장치 등을 예시할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 액정 표시 장치는, 예를 들면, 투과형 액정 표시 장치, 반투과형 액정 표시 장치, 반사형 액정 표시 장치, 직시형 액정 표시 장치 또는 투사형 액정 표시 장치일 수 있다. 또한, 이러한 디스플레이 장치는 2차원 화상을 표시하는 표시 장치이거나 또는 3차원 화상을 표시하는 입체 표시 장치일 수도 있다. 상기와 같은 디스플레이 장치를 구성하는 방식은 특별히 제한되지 않고, 상기 편광 소자가 사용되는 한 통상적인 방식이 적용될 수 있다.

본 출원의 예시적인 광학 부재는, 제 1 편광자와 패턴 편광자의 조합에 의하여 패턴화된 차광 기능을 나타낼 수 있다. 이러한 광학 부재는 예를 들어, 액정디스플레이장치 등과 같은 디스플레이장치에서 블랙 매트릭스로 유용하게 사용될 수 있다.

도 1, 4 및 5는 광학 부재를 예시적으로 나타낸다.
도 2 내지 3은 패턴 편광자를 예시적으로 나타낸다.
도 6은 디스플레이 패널을 예시적으로 나타낸다.
도 7은 디스플레이 패널의 컬러 필터를 예시적으로 나타낸다.
도 8 및 도 9는 각각 실시예 1 및 비교예 1의 광학 부재의 휘도 얼룩 평가 결과 이미지를 나타낸다.

이하 본 출원에 따르는 실시에 및 본 출원에 따르지 않는 비교예를 통하여 본 출원을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

실시예 1

일 방향으로 형성된 흡수축을 가지는 제 1 편광자(요오드계 PVA 연신 필름, 단체 투과율: 42%, 직교 투과율: 0.01%) 상에, 상기 제 1 편광자의 흡수축과 평행한 방향으로 형성된 광축을 가지며, 폭이 445㎛인 제 1 영역과 상기 제 1 편광자의 흡수축과 수직한 방향으로 형성된 광축을 가지며 폭이 100 ㎛인 제 2 영역이 스트라이프 형상으로 교대로 형성되어 있는 코팅형 패턴 편광자(단체 투과율: 70%, 직교 투과율: 10%)를 형성하여 실시예 1의 광학 부재를 제조하였다. 상기에서 단체 투과율은 제 1 편광자 또는 코팅형 패턴 편광자 하나로부터 측정된 투과율을 의미하고, 직교 투과율은 제 1 편광자 2개의 흡수축을 서로 직교하도록 배치하고, 코팅형 패턴 편광자 2개의 광축을 서로 직교하도록 배치한 후에 측정된 투과율을 의미하며, 상기 투과율은 스펙트럼 측정 장비인 N&K 또는 JASCO 장치를 통하여 측정된 값이다.

상기 코팅형 패턴 편광자는 하기의 방법을 통하여 제조하였다. 먼저, 유리의 일면에 신나메이트계 광배향성 화합물을 톨루엔 용매에 고형분 농도가 2 wt%가 되도록 용해시켜 제조한 광배향막 형성용 조성물을 건조 후의 두께가 약 1,000 Å이 되도록 코팅하고, 80℃의 오븐에서 2 분 동안 건조시켰다.

이어서, 상기 건조된 광배향막 형성용 조성물을 한국 특허출원 제2010-0009723호에 개시된 방법에 따라 배향 처리하여, 서로 다른 방향으로 배향된 제 1 및 제 2 배향 영역을 포함하는 광배향막을 형성하였다. 구체적으로는 상기 건조된 조성물의 상부에 폭이 100 ㎛이고 간격이 445㎛인 스트라이프 형상의 광투과부 및 광차단부가 상하 및 좌우로 교대로 형성되어 있는 패턴 마스크를 위치시키고, 또한 상기 패턴 마스크의 상부에는 각각 서로 다른 편광을 투과시키는 두개의 영역이 형성된 편광판을 위치시켰다. 그 후, 상기 광배향막이 형성되어 있는 유리를 약 3 m/min의 속도로 이동시키면서, 상기 편광판 및 패턴 마스크를 매개로 광배향막 형성용 조성물에 자외선(300 mW/cm²)을 약 30초 동안 조사하여 배향 처리를 수행하였다. 이어서, 배향 처리된 배향층 상에 이색성 염료(G241, 나가세社) 염료와 중합성 액정 화합물(LC242, BASF社)을 1: 20 중량부로 포함하는 편광 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, 하부 광배향막의 배향에 따라서 서로 직교하는 투과축을 가지는 제 1 및 제 2 영역이 형성되어 있는 코팅형 패턴 편광자를 제조하였다.

실시예 1의 광학 부재는 상기 제 1 영역에서 55.6%의 투과율을 나타내면서 투과부 영역을 형성할 수 있고, 상기 제 2 영역에서는 3.2%의 투과율(코팅 두께 편차 5%에 기인하여 투과율 편차는 최대 3.7% 내지 최소 2.7%를 나타낼 수 있음)을 나타내면서 차단 영역을 형성할 수 있다. 이로부터, 실시예 1의 광학 부재는 우수한 BM(Black Matrix) 성능을 나타내는 것을 확인할 수 있다.

또한, 실시예 1의 차단 영역(BM 영역)은 패턴 정밀도가 ±1㎛ 이내(설계값 100㎛ 대비)로 형성될 수 있으므로 도 8에 나타낸 바와 같이, 패턴 불균일로 인한 얼룩이 발생하지 않아 위치별 휘도 편차를 감소시킬 수 있다.

비교예 1

하기 방법에 따라 편광 기재 상에 폭 100㎛ 및 주기 554㎛의 스트라이프 형상으로 BM 영역이 형성된 비교예 1의 광학 부재를 제조하였다. 구체적으로, TAC 기재 상에, 카본 블랙을 이용한 Black 잉크(BK4670, Assault 社) 및 광개시제(Irg 819, Ciba 社)를 혼합한 용액을 폭 100㎛ 및 주기 554㎛의 스트라이프 형상으로 잉크 젯팅하여 도포한 후 UV 경화하여 비교예 1의 광학 부재를 제조하였다.

비교예 1의 광학 부재의 경우, BM 영역의 단면이 반원 형태, 즉 BM 영역의 중심부는 두껍고 측면부는 얇은 형태를 나타내며, 이로 인해 비교예 1의 광학 부재의 BM 영역은 약 30%의 평균 투과율을 나타내는 것을 확인할 수 있는데, 실시예 1의 BM 영역이 3.2%의 투과율을 나타낼 수 있는 것과 비교하면, 광 차단 성능이 약 10 배 정도 낮은 것을 알 수 있다. 한편, 비교예 1의 광학 부재의 투과 영역, 즉 BM 영역이 형성되지 않은 TAC 기재의 영역은 92% 투과율을 나타낸다.

또한, 비교예 1의 광학 부재의 경우 BM 영역의 패턴 정밀도가 ±20㎛ 이내(설계값 100㎛ 대비)이므로, 도 9에 나타낸 바와 같이 패턴 불균일로 인한 얼룩이 발생하여 위치별 휘도 편차가 증가하는 경향이 있다.

101: 제 1 편광자
102: 패턴 편광자
1021, 1022: 제 1 및 제 2 영역
401: 기재층
402: 배향막
61: 백라이트 유닛
62a, 62b: 투명기판
63: 화소전극
64a, 64b: 제 1 및 제 2 편광자
65a, 65b: 배향막
66: 액정층
67: 공통전극
68: 컬러필터
1: 광학 부재
701: 기판
702: 화상 표시 영역

Claims (15)

1. 일 방향으로 형성된 투과축을 가지는 제 1 편광자; 및 상기 제 1 편광자의 일면에 형성되고, 상기 제 1 편광자의 투과축과 평행한 방향으로 형성된 투과축을 가지는 제 1 영역과 및 상기 제 1 편광자의 투과축과 평행하지 않은 방향으로 형성된 투과축을 가지는 제 2 영역을 포함하는 패턴 편광자를 포함하는 광학 부재.
2. 제 1 항에 있어서, 제 1 편광자는 이색성 물질을 포함하는 광학 부재.
3. 제 1 항에 있어서, 패턴 편광자는 편광 물질의 코팅층인 광학 부재.
4. 제 1 항에 있어서, 편광 물질은 중합성 액정 및 이색성 염료를 포함하는 광학 부재.
5. 제 1 항에 있어서, 제 2 영역의 투과축과 제 1 편광자의 투과축은 서로 수직하게 형성되어 있는 광학 부재.
6. 제 1 항에 있어서, 제 1 영역 및 제 2 영역은 공통 방향으로 연장하는 스트라이프 형상을 가지면서 서로 인접하여 교대로 배치되어 있는 광학 부재.
7. 제 1 항에 있어서, 제 1 영역 및 제 2 영역은 격자 형상으로 인접하여 서로 교대로 배치되어 있는 광학 부재.
8. 제 1 항에 있어서, 기재층을 추가로 포함하고, 제 1 편광자와 패턴 편광자는 상기 기재층 상에 순차 형성되어 있는 광학 부재.
9. 제 8 항에 있어서, 기재층과 패턴 편광자의 사이에는 배향막이 형성되어 있는 광학 부재.
10. 제 1 항에 있어서, 기재층을 추가로 포함하고, 상기 기재층의 일면에는 제 1 편광자가 형성되어 있고, 상기 기재층의 다른 면에는 패턴 편광자가 형성되어 있는 광학 부재.
11. 제 10 항에 있어서, 기재층과 패턴 편광자의 사이에는 배향막이 형성되어 있는 광학 부재.
12. 제 1 항에 따른 광학 부재를 포함하는 디스플레이 패널.
13. 제 12 항에 있어서, 적색, 녹색 또는 청색의 서브픽셀을 포함하는 픽셀이 2개 이상 형성되어 있는 화상 표시 영역을 포함하고, 광학 부재는 제 1 편광자와 패턴 편광자의 제 2 영역이 겹쳐지는 부분이 상기 서브픽셀 간의 경계에 존재하도록 포함되어 있는 디스플레이 패널.
14. 제 13 항에 있어서, 제 1 편광자와 패턴 편광자의 제 2 영역이 겹쳐지는 부분의 면적은 서브픽셀의 면적 이하인 디스플레이 패널.
15. 제 12 항의 디스플레이 패널을 포함하는 디스플레이 장치.

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