KR20150038834A - 광학 필름 - Google Patents

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이대희
벨리아에프 세르게이
장준원
김영진
박문수
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 출원은, 광학 필름, 원편광판 및 디스플레이 장치에 관한 것이다. 예시적인 광학 필름은, 예를 들면, 얇으면서도 넓은 파장 범위에서 목적하는 위상 지연 특성을 나타낼 수 있다. 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, 원편광판 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, 원편광판 및 디스플레이 장치를 제공한다.
예시적인 광학 필름은, 광학 이방성 고분자층; 및 상기 광학 이방성 고분자층의 일측에 배치된 트위스트 배향된 네마틱 액정을 포함하는 액정층이고, 상기 액정층의 상기 광학 이방성 고분자층에 접하는 면에 존재하는 액정의 도파기의 방향과 반대측 액정층의 최상부에 존재하는 액정의 도파기의 방향이 이루는 각도가 10도 내지 300도인 액정층을 포함할 수 있다.
상기에서 광학 이방성 고분자층은 A 필름일 수 있다.
상기에서 광학 이방성 고분자층의 지상축과 상기 액정층의 상기 광학 이방성 고분자층에 접하는 면에 존재하는 액정의 도파기의 방향이 이루는 각도가 5도 내지 20도이고, 상기 액정층의 최상부에 존재하는 액정의 도파기의 방향과 상기 지상축이 이루는 각도가 40도 내지 70도일 수 있다.
또한, 상기에서 광학 이방성 고분자층의 지상축과 상기 액정층의 상기 광학 이방성 고분자층에 접하는 면에 존재하는 액정의 도파기의 방향이 이루는 각도가 15도 내지 40도이고, 상기 액정층의 최상부에 존재하는 액정의 도파기의 방향과 상기 지상축이 이루는 각도가 90도 내지 110도일 수 있다.
또한, 상기에서 광학 이방성 고분자층의 지상축과 상기 액정층의 상기 광학 이방성 고분자층에 접하는 면에 존재하는 액정의 도파기의 방향이 이루는 각도가 15도 내지 40도이고, 상기 액정층의 최상부에 존재하는 액정의 도파기의 방향과 상기 지상축이 이루는 각도가 5도 내지 15도일 수 있다.
본 출원은 또한, 일 방향으로 형성된 광 흡수축을 가지는 선편광자; 및 상기 선편광자의 일면에 존재하는 제 1 항의 광학 필름을 포함하는 원편광판에 대한 것이다.
상기에서 광학 필름의 광학 이방성 고분자층은 A 필름일 수 있다.
상기에서 광학 이방성 고분자층이 액정층에 비하여 선편광자와 인접하여 존재하고, 상기 편광자의 광 흡수축과 상기 광학 이방성 고분자층의 지상축이 이루는 각도가 10 내지 20도이며, 상기 지상축과 상기 액정층의 상기 광학 이방성 고분자층에 접하는 면에 존재하는 액정의 도파기의 방향이 이루는 각도가 5도 내지 20도이고, 상기 액정층의 최상부에 존재하는 액정의 도파기의 방향과 상기 지상축이 이루는 각도가 40도 내지 70도일 수 있다.
상기에서 액정층이 광학 이방성 고분자층에 비하여 선편광자와 인접하여 존재하고, 선편광자와 인접하는 액정층의 면에 존재하는 액정의 도파기의 방향과 상기 선편광자의 광 흡수축이 이루는 각도가 90도 내지 110도이며, 광학 이방성 고분자층의 지상축과 상기 액정층의 상기 광학 이방성 고분자층에 접하는 면에 존재하는 액정의 도파기의 방향이 이루는 각도가 15도 내지 40도이고, 상기 액정층의 최상부에 존재하는 액정의 도파기의 방향과 상기 지상축이 이루는 각도가 90도 내지 110도일 수 있다.
상기에서 액정층이 광학 이방성 고분자층에 비하여 선편광자와 인접하여 존재하고, 선편광자와 인접하는 액정층의 면에 존재하는 액정의 도파기의 방향과 상기 선편광자의 광 흡수축이 이루는 각도가 5도 내지 15도이며, 광학 이방성 고분자층의 지상축과 상기 액정층의 상기 광학 이방성 고분자층에 접하는 면에 존재하는 액정의 도파기의 방향이 이루는 각도가 15도 내지 40도이고, 상기 액정층의 최상부에 존재하는 액정의 도파기의 방향과 상기 지상축이 이루는 각도가 5도 내지 15도일 수 있다.
예시적인 디스플레이 장치는 상기 원편광판을 포함할 수 있다.
예시적인 광학 필름은, 예를 들면, 얇으면서도 넓은 파장 범위에서 목적하는 위상 지연 특성을 나타낼 수 있다. 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 1 및 2는, TN층의 설명을 위한 예시적인 도면이다.
본 출원의 예시적인 광학 필름은, 광학 이방성 고분자층; 및 상기 광학 이방성 고분자층의 일측에 배치된 트위스트 배향된 네마틱 액정을 포함하는 액정층을 포함할 수 있다.
상기 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 110 nm 내지 220 nm 또는 140 nm 내지 170 nm 정도일 수 있다.
용어 「광학 필름, 고분자층 또는 액정층의 면상 위상차」는, 「(Nx - Ny) × d」로 계산되는 수치이다. 상기에서 Nx는, 광학 필름, 고분자층 또는 액정층의 x축 방향의 굴절률이고, Ny는 광학 필름, 고분자층 또는 액정층의 y축 방향의 굴절률이며, d는 광학 필름, 고분자층 또는 액정층의 두께이다. 또한, 용어 「광학 필름, 고분자층 또는 액정층의 두께 방향 위상차」는, 「(Nz - Ny) × d」로 계산되는 수치이고, 상기에서 Nx, Ny, d는 상기 정의된 바와 같고, Ny는, 광학 필름, 고분자층 또는 액정층의 두께 방향의 굴절률이다.
상기에서 x축은, 예를 들면, 광학 필름, 고분자층 또는 액정층의 면상의 어느 일 방향을 의미하고, y축은 상기 x축에 수직한 면상 방향을 의미하며, z축은, 상기 x축과 y축에 의해 형성되는 평면의 법선의 방향, 예를 들면 광학 필름, 고분자층 또는 액정층의 두께 방향을 의미할 수 있다. 하나의 예시에서 상기 x축은 광학 필름, 고분자층 또는 액정층의 지상축(slow axis)과 평행한 방향이고, y축은 광학 필름, 고분자층 또는 액정층의 진상축(fast axis)과 평행한 방향일 수 있다.
광학 필름은, 예를 들면, 역 파장 분산 특성(reverse wavelength dispersion)을 가질 수 있다. 예를 들면, 광학 필름은, R(650)/R(550)이 R(450)/R(550)보다 큰 값을 가지는 필름일 수 있다. 본 명세서에서 부호 「R(λ)」은, λ nm의 파장의 광에 대한 광학 필름, 고분자층 또는 액정층의 면상 위상차를 의미할 수 있다. 하나의 예시에서 광학 필름은, R(450)/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 0.95일 수 있고, R(650)/R(550)가 1.01 내지 1.19, 1.02 내지 1.18, 1.03 내지 1.17, 1.04 내지 1.16, 1.05 내지 1.15일 수 있다.
광학 필름에 포함되는 고분자층은, 예를 들면, A 필름일 수 있다. 상기 고분자층은, 예를 들면, 상기 기술한 x축, y축 및 z축 방향의 굴절률인 Nx, Ny, Nz가 「Nx > Ny ≥ Nz」의 관계를 만족하는 층일 수 있다. 고분자층은, 예를 들면, 550 nm의 파장의 광에 대한 면상 위상차가 50 nm 내지 280 nm 정도일 수 있다. 고분자층은 또한 두께 방향의 위상차가 -40 nm 내지 40 nm, -20 nm 내지 20 nm 또는 -10 nm 내지 10 nm 정도일 수 있다. 고분자층은, 예를 들면, 평편 파장 분산 특성(flat wavelength dispersion)을 가지는 층으로서, R(450)/R(550) 및 R(650)/R(550)의 차이의 절대값이 5 이내, 4 이내, 3 이내, 2 이내 1 이내 또는 실질적으로 0일 수 있다. 하나의 예시에서 상기 고분자층은, R(450)/R(550)가 0.95 내지 1.05 또는 0.99 내지 1.01이고, R(650)/R(550)가 0.95 내지 1.05 또는 0.99 내지 1.01일 수 있다. 이와 같은 고분자층이 액정층과 적층되면, 목적하는 물성, 예를 들면, 역 파장 분산 특성을 가지는 광학 필름을 얻을 수 있다.
광학 필름에서 고분자층은, 예를 들면, 고분자 필름일 수 있다. 예를 들어, 연신에 의해 광학 이방성을 부여할 수 있는 광투과성의 고분자 필름을 적절한 방식으로 연신한 필름을 상기 고분자층으로 사용할 수 있다. 또한, 광학 이방성을 가지는 한, 무연신의 고분자 필름도 상기 고분자층으로 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 ㎛ 정도인 필름을 사용할 수 있다.
고분자 필름으로는, 예를 들면, 폴리에틸렌 필름 또는 폴리프로필렌 필름 등의 폴리올레핀 필름, 폴리노르보넨 필름 등의 고리형 올레핀 폴리머(COP: Cycloolefin polymer) 필름, 폴리염화비닐 필름, 폴리아크릴로니트릴 필름, 폴리설폰 필름, 폴리아크릴레이트 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. 하나의 예시에서 고분자 필름으로는, 고리형 올레핀 폴리머 필름을 사용할 수 있다. 상기에서 고리형 올레핀 폴리머로는, 노르보넨 등의 고리형 올레핀의 개환 중합체 또는 그 수소 첨가물, 고리형 올레핀의 부가 중합체, 고리형 올레핀과 알파-올레핀과 같은 다른 공단량체의 공중합체, 또는 상기 중합체 또는 공중합체를 불포화 카르복실산이나 그 유도체 등으로 변성시킨 그래프트 중합체 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
고분자층은, 종 방향(MD; Mechanical Direction) 또는 횡 방향(TD; Transverse Direction)과 평행한 방향으로 형성되거나, 상기 종 또는 횡 방향과 소정 각도를 이루도록 형성된 광축을 가지는 고분자층일 수 있다. 고분자층의 광축은, 예를 들어, 상기 고분자층이 연신 고분자 필름이라면, 필름을 연신하는 과정에서 연신축을 조절하여 제어할 수 있다.
고분자층은, 예를 들면, 1 mm 이하, 1 ㎛ 내지 500 ㎛ 또는 5 ㎛ 내지 300 ㎛ 정도의 두께를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
광학 이방성 고분자층의 일측에는 트위스트 배향된 네마틱 액정을 포함하는 액정층(이하, 「TN층」)이 배치된다.
TN층은 트위스트 배향된 네마틱 액정층을 포함한다. 본 명세서에서 트위스트 배향된 네마틱 액정은 「TN」로 약칭될 수 있다.
네마틱은 액정(液晶)의 가는 분자(도파기)가 서로의 위치는 불규칙하지만 모두 일정 방향으로 향하고 있는 상태를 의미하며, 트위스트 배향된 네마틱은 액정 분자(도파기)가 회전하면서 일정 방향으로 향하고 있는 상태를 의미한다.
본 출원의 광학 필름은, 예를 들면, TN층의 최하부(이하, 본 명세서에서 TN층의 상기 광학 이방성 고분자층의 접하는 면측 방향을 하부로 호칭하고, 그 반대측 방향을 상부로 호칭한다.)에 존재하는 액정 도파기의 방향과 상기 TN층의 최상부에 존재하는 액정 도파기의 방향이 이루는 각도(이하, 회전각도)가 소정 범위를 이루는 TN층을 추가로 포함할 수 있다.
예시적인 TN층은, 액정층에서 네마틱 액정의 도파기의 나선축이 액정층의 두께 방향과 평행하도록 형성되어 있을 수 있다.
용어 「TN층의 두께 방향」은, 상기 TN층의 최하부와 최상부를 최단거리로 연결하는 가상의 선과 평행한 방향을 의미할 수 있다. 하나의 예시에서 상기 TN층의 두께 방향은, 상기 TN층이 형성되어 있는 광학 이방성 고분자층의 면과 수직한 방향으로 형성된 가상의 선과 평행한 방향일 수 있다. 또한, 본 명세서에서 각도를 정의하면서, 수직, 평행, 직교 또는 수평 등의 용어를 사용하는 경우, 이는 목적하는 효과를 손상시키지 않는 범위에서의 실질적인 수직, 평행, 직교 또는 수평을 의미하는 것으로, 예를 들면, 제조 오차(error) 또는 편차(variation) 등을 감안한 오차를 포함하는 것이다. 예를 들면, 상기 각각의 경우는, 약 ±15도 이내의 오차, 약 ±10도 이내의 오차 또는 약 ±5도 이내의 오차를 포함할 수 있다.
TN층은, 예를 들면 0.5 ㎛ 내지 5 ㎛의 두께를 가질 수 있다. TN층의 두께를 상기 범위로 제어하여, 광학적으로 위상차 분산 특성을 조절할 수 있다.
첨부도면 도 1은 TN층의 설명을 위한 예시적인 도면으로, 최하부의 액정 도파기로부터 최상부의 도파기까지 도파기의 방향이 이루는 각도(이하, 회전각)가 최하부 부근에서는 적다가(회전을 서서히(slow) 하다가) 최상부 부근에서는 각도가 커지는(회전을 빠르게(fast) 하는) 특성을 가진다.
본 출원의 예시적인 TN층은, 액정층의 두께의 변화를 x축으로 하고, 해당 두께에 존재하는 액정의 도파기의 방향이 액정층의 최하부에 존재하는 액정층의 도파기의 방향과 이루는 각도를 y축하여 도시된 그래프가 비선형 그래프로 나타낼 수 있다. 하나의 예시에서, 그래프의 기울기가 액정층의 두께가 증가함에 따라서 함께 증가할 수 있다.
첨부도면 도 2는 도 1의 TN층의 층 두께에 따른 회전각을 나타낸 그래프이다. 도 2와 같이 상기 TN층에서 도파기의 회전 속도는 균일하거나, 두께 방향을 따라서 변화할 수 있다.
본 출원의 광학필름은, 예를 들어 그래프의 기울기가 액정층의 두께가 증가함에 따라서 함께 증가하는 비선형 그래프로 나타낼 수 있으며, 이러한 TN층을 포함하는 TN층은 1/4 파장 위상 지연 특성을 가질 수 있어 액정 물질 변경 없이 역분산 실현이 가능하다.
하나의 예시에서 TN층은 액정 고분자를 포함할 수 있다. 예시적인 TN층의 제조 방법은, 중합성 액정 화합물 및 중합성 또는 비중합성인 키랄제(chiral agent)를 포함하는 조성물을 코팅하고, 상기 키랄제에 의해 액정 화합물의 회전을 유도한 상태로 상기 조성물을 중합시켜서 형성할 수 있고, 이 경우, 상기 TN층은 중합된 액정 고분자를 포함할 수 있다.
하나의 예시적인 TN층은, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 중합된 형태로 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서 A는 단일 결합, -COO- 또는 -OCO-이고, R1 내지 R10은, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 알킬기, 알콕시기, 시아노기, 니트로기, -O-Q-P 또는 하기 화학식 2의 치환기이되, R1 내지 R10 중 적어도 하나는 -O-Q-P 또는 하기 화학식 2의 치환기이고, 상기에서 Q는 알킬렌기 또는 알킬리덴기이며, P는, 알케닐기, 에폭시기, 시아노기, 카복실기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기이다.
[화학식 2]
Figure pat00002
상기 화학식 2에서 B는 단일 결합, -COO- 또는 -OCO-이고, R11 내지 R15는, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 알킬기, 알콕시기, 시아노기, 니트로기 또는 -O-Q-P이되, R11 내지 R15 중 적어도 하나는 -O-Q-P이고, 상기에서 Q는 알킬렌기 또는 알킬리덴기이며, P는, 알케닐기, 에폭시기, 시아노기, 카복실기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기이다.
상기 화학식 2에서 B의 좌측의 "-"는 B가 화학식 1의 벤젠에 직접 연결되는 것을 의미한다.
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.
화학식 1 및 2에서 할로겐으로는, 염소, 브롬 또는 요오드 등이 예시될 수 있다.
화학식 1 및 2에서 알킬기로는, 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 시클로알킬기가 예시될 수 있다. 또한, 상기 알킬기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 의해 치환될 수 있다.
화학식 1 및 2에서 알콕시기로는, 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 알콕시기가 예시될 수 있다. 상기 알콕시기는, 직쇄, 분지쇄 또는 고리형일 수 있다. 또한, 상기 알콕시기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 의해 치환될 수 있다.
또한, 화학식 1 및 2에서 알킬렌기 또는 알킬리덴기로는, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 4 내지 10 또는 탄소수 6 내지 9의 알킬렌기 또는 알킬리덴기가 예시될 수 있다. 알킬렌기 또는 알킬리덴기는, 직쇄, 분지쇄 또는 고리형일 수 있다. 알킬렌기 또는 알킬리덴기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 의해 치환될 수 있다.
또한, 화학식 1 및 2에서 알케닐기로는, 탄소수 2 내지 20, 탄소수 2 내지 16, 탄소수 2 내지 12, 탄소수 2 내지 8 또는 탄소수 2 내지 4의 알케닐기가 예시될 수 있다. 상기 알케닐기는, 직쇄, 분지쇄 또는 고리형일 수 있다. 또한, 상기 알케닐기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 의해 치환될 수 있다.
상기에서 알킬기, 알콕시기, 알케닐기, 알킬렌기 또는 알킬리덴기에 치환되어 있을 수 있는 치환기로는, 알킬기, 알콕시기, 알케닐기, 에폭시기, 시아노기, 카복실기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기, 메타크릴로일옥시기 또는 아릴기 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 화학식 1 및 2에서 P는 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기이거나, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기일 수 있으며, 다른 예시에서는 아크릴로일옥시기일 수 있다.
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 있고, 예를 들면, 상기는 1개 또는 2개가 존재할 수 있다. 또한, 상기 화학식 1의 화합물 또는 화학식 2의 잔기에서 -O-Q-P 또는 화학식 2의 잔기 이외의 치환기는 예를 들면, 수소, 할로겐, 탄소수 1 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기, 탄소수 4 내지 12의 시클로알킬기, 시아노기, 탄소수 1 내지 4의 알콕시기, 시아노기 또는 니트로기일 수 있으며, 바람직하게는 염소, 탄소수 1 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기, 탄소수 4 내지 12의 시클로알킬기, 탄소수 1 내지 4의 알콕시기 또는 시아노기일 수 있다.
액정층에 포함될 수 있는 키랄제(chiral agent)로는, 액정성, 예를 들면, 네마틱 규칙성을 손상시키지 않고, 목적하는 회전을 유도할 수 있는 것이라면, 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있다. 액정에 회전을 유도하기 위한 키랄제는 분자 구조 중에 키랄리티(chirality)를 적어도 포함할 필요가 있다. 키랄제로는, 예를 들면, 1개 또는 2개 이상의 비대칭 탄소(asymmetric carbon)를 가지는 화합물, 키랄 아민 또는 키랄 술폭시드 등의 헤테로원자 상에 비대칭점(asymmetric point)이 있는 화합물 또는 크물렌(cumulene) 또는 비나프톨(binaphthol) 등의 축부제를 가지는 광학 활성인 부위(axially asymmetric, optically active site)를 가지는 화합물이 예시될 수 있다. 키랄제는 예를 들면 분자량이 1,500 이하인 저분자 화합물일 수 있다. 키랄제로는, 시판되는 키랄 네마틱 액정, 예를 들면, Merck사에서 시판되는 키랄 도판트 액정 S-811 또는 BASF사의 LC756 등을 사용할 수도 있다
광학 필름은, 또한 배향막을 추가로 포함할 수 있다. 용어 「배향막」은, 액정층이 형성되는 과정에서 정렬 균일성을 개선 또는 제공하거나, 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. 배향막은 예를 들면, TN층이 광학 이방성 고분자층을 포함하는 경우에는 상기 광학 이방성 고분자층의 표면, 예를 들면, 광학 이방성 고분자층와 액정층의 사이에 형성될 수 있다. 경우에 따라서는, 별도의 배향막을 형성하지 않고, 광학 이방성 고분자층을 단순히 러빙 또는 연신하거나, 그 표면에 친수성을 부여함으로써 광학 이방성 고분자층에 배향성을 부여하는 방식을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 광학 이방성 고분자층이 상기 범위의 젖음각을 가진다면, 배향막이 없이도 상기 광학 이방성 고분자층은, TN의 배향을 목적하는 범위로 제어할 수 있는 특성을 나타낼 수도 있다.
본 출원은, 또한 상기 TN층의 제조 방법을 포함하는 상기 광학 필름의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 제조 방법은, 트위스트 배향된 네마틱 액정을 포함하는 액정층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
하나의 예시에서, 액정층의 형성은 중합성 액정 화합물, 예를 들면, 상기 화학식 1의 화합물 및 키랄제를 포함하는 TN 조성물을 도포하고, 상기 액정 화합물을 중합시키는 것을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 용어 「TN 조성물」은, 목적하는 패턴으로 액정 영역을 포함하는 TN층을 형성하기 위하여 사용될 수 있는 모든 종류의 조성물이 포함될 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 조성물은, TN 화합물, TN 중합체 또는 TN 중합체를 형성하기 위해 반응할 수 있는 단량체 또는 올리고머 등과 같은 저분자량 화합물을 포함할 수 있다. 또한, TN 조성물은 하나 이상의 다른 첨가제, 예를 들어 가교제나 중합 개시제 등을 포함할 수 있다. 단량체 또는 기타 저 분자량 화합물의 중합 또는 가교를 개시하기 위하여 중합 개시제가 TN 조성물 내에 포함될 수 있다. 적절한 중합 개시제는 중합 또는 가교를 개시하고 전파하기 위해 자유 라디칼을 발생시킬 수 있는 것을 포함한다. 자유 라디칼 개시제는 예를 들어 안정성 또는 반감기에 따라 선택될 수 있다. 바람직하게는, 자유 라디칼 개시제는 흡수 또는 다른 방식에 의해 TN 층에서 추가의 색을 발생하지 않는다. 자유 라디칼 개시제는 전형적으로 열적 자유 라디칼 개시제 또는 광개시제이다. 열적 자유 라디칼 개시제는 예를 들어 퍼옥시드, 퍼술페이트 또는 아조니트릴 화합물을 포함한다. 자유 라디칼 개시제는 열적 분해시에 자유 라디칼을 생성한다.
전자기 복사선 또는 입자 조사에 의해 광개시제가 활성화될 수 있다. 적절한 광개시제의 예는 오늄 염 광개시제, 유기 금속 광개시제, 양이온성 금속 염 광개시제, 광분해가능한 유기실란, 잠재성 술폰산, 포스핀 옥시드, 시클로헥실 페닐케톤, 아민 치환된 아세토페논 및 벤조페논을 포함할 수 있다. 일반적으로, 다른 광원들이 사용될 수 있긴 하지만 광개시제를 활성화시키기 위해 자외선(UV) 조사가 사용될 수 있다. 광개시제는 광의 특정 파장의 흡수를 기초로 하여 선택될 수 있다.
TN 조성물은 전형적으로 하나 이상의 용매를 포함하는 코팅 조성물의 일부일 수 있다. 코팅 조성물은 예를 들어 분산제, 산화방지제 및 오존발생방지제를 포함할 수 있다. 추가로, 코팅 조성물은 원한다면 자외선, 적외선 또는 가시광선을 흡수하기 위해 다양한 염료 및 안료를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 증점제 및 충진제와 같은 점도 개질제를 첨가하는 것이 적절할 수 있다.
TN 조성물은 각종 액체 코팅 방법에 의해 적용될 수 있다. 일부 구현 양태에서, 코팅 후에, TN 조성물은 TN층으로 중합되거나 전환된다. 이러한 전환은, 용매의 증발, TN 물질을 정렬하기 위한 가열; TN 조성물의 가교; 또는 예를 들어 화학선(actinic) 조사와 같은 열의 인가; 자외선, 가시광선 또는 적외선 등의 광의 조사 및 전자 빔의 조사, 또는 이들의 조합 또는 유사한 기술을 사용한 TN 조성물의 경화를 포함한 다양한 기술에 의해 달성될 수 있다.
하나의 예시에서 상기 TN 조성물은 상기 화학식 1의 화합물, 광개시제 및 키랄제를 포함할 수 있다.
광개시제는, 화학식 1의 화합물의 중합 또는 가교를 개시시키기 위한 것으로, 상기 화합물과의 상용성에 문제가 없는 한, 이 분야에서 공지된 일반적인 성분을 적절하게 선택하여 사용할 수 있다. 광개시제로는, 예를 들면, 2-메틸-1-[4-(메틸티오)페닐]-2-(4-모르폴리닐)-1-프로파논(2-methyl-1-[4-(methylthio)phenyl]-2-(4-morpholinyl)-1-propanone), 2-디메톡시-1,2-디페닐에탄-1-온 (2-dimethoxy-1,2-diphenylethan-1-one), 1-히드록시-시클로헥실-페닐-케톤(1-hydroxy-cyclohexyl-phenyl-ketone), 트리아릴 술포늄 헥사플루오로안티모네이트염(Triaryl sulfonium hexafluoroantimonate salts) 및 디페닐(2,4,6-트리메틸벤조일)-포스핀 옥사이드(diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)-phosphine oxide) 등에서 선택되는 1종 또는 2종 이상이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. TN 조성물은, 상기 광개시제를 상기 화학식 1의 화합물 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 10 중량부의 비율로 포함할 수 있다. 광개시제의 함량을 상기와 같이 조절함으로써, 액정 화합물의 효과적인 중합 및 가교를 유도하고, 중합 및 가교 후에 잔존 개시제에 의한 물성 저하를 방지할 수 있다. 본 명세서에서 단위 중량부는 특별히 달리 규정하지 않는 한, 각 성분의 중량의 비율을 의미할 수 있다.
키랄제로는, 예를 들면, 전술한 종류의 화합물이 사용될 수 있다. TN 조성물은, 키랄제를 상기 화학식 1의 화합물 100 중량부에 대하여 1 중량부 내지 10 중량부의 비율로 포함할 수 있다. 키랄제의 함량을 상기와 같이 조절함으로써, CLC의 효과적인 비틀림을 유도할 수 있다.
TN 조성물은 필요에 따라서 용매를 추가로 포함할 수 있다. 용매로는, 예를 들면, 클로로포름, 디클로로메탄, 테트라클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 테트라클로로에틸렌, 클로로벤젠 등의 할로겐화 탄화수소류; 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 메톡시 벤젠, 1,2-디메톡시벤젠 등의 방향족 탄화수소류; 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 사이클로헥사논, 사이클로펜타논 등의 알코올류; 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 부틸셀로솔브 등의 셀로솔브류; 디에틸렌글리콜 디메틸에테르(DEGDME), 디프로필렌글리콜 디메틸에테르(DPGDME) 등의 에테르류 등을 들 수 있다. 또한, 상기 용매의 함량은 특별히 제한되지 않으며, 코팅 효율이나 건조 효율 등을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.
또한, 상기 TN 조성물은, 계면 활성제를 추가로 포함할 수 있다. 상기 계면 활성제는 액정 표면에 분포하여 표면을 고르게 만들어 줄 뿐만 아니라, 액정 배향을 안정화시켜 TN층의 형성 후에 필름 표면이 매끄럽게 유지할 수 있도록 하며, 그 결과 외관 품질을 향상시킬 수 있다.
계면 활성제로는, 예를 들면, 플루오르 카본 계열의 계면 활성제 및/또는 실리콘 계열의 계면 활성제가 사용될 수 있다. 플루오르 카본 계열의 계면활성제로는 3M사 제조 제품인 플루오라드(Fluorad) FC4430™, 플루오라드 FC4432™, 플루오라드 FC4434™와 Dupont사 제조 제품인 조닐(Zonyl)등이 사용될 수 있고, 실리콘 계열의 계면활성제로는 BYK-Chemie사 제조 제품인 BYK™등이 사용될 수 있다. 계면 활성제의 함량은 특별히 제한되지 않으며, 코팅 효율이나 건조 효율 등을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.
상기와 같은 TN 조성물을 도포한 후에, 예를 들면, 상기 조성물 내에 액정 화합물의 TN 배향이 유도된 상태에서, 상기 조성물의 성분들을 중합시켜서 TN층을 형성할 수 있다.
하나의 예시에서 상기 TN층의 형성은, TN 조성물의 도포층에 상대적으로 약한 자외선을 조사하여 키랄제의 농도 구배를 형성하고, 농도 구배가 형성되어 있는 도포층에 상대적으로 강한 자외선을 조사하여, 조성물의 성분들을 중합시키는 것을 포함할 수 있다.
TN 조성물의 도포층에 상대적으로 약한 강도의 자외선을 소정 온도에서 조사하는 경우, 도포층 내에서 키랄제의 농도 구배, 즉 도포층 내에서 소정 방향을 따라서 키랄제의 농도의 변화를 유도할 수 있다. 하나의 예시에서 상기 키랄제의 농도 구배는 도포층의 두께 방향을 따라서 형성되어 있을 수 있다. 키랄제의 농도 구배를 형성한 자외선의 조사는, 예를 들면, 40℃ 내지 80℃, 50℃ 내지 70℃ 또는 약 60℃ 전후의 온도 범위에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 농도 구배의 형성을 위한 자외선의 조사는 자외선 A 영역의 자외선을 약 10 mJ/cm2 내지 500 mJ/cm2의 광량으로 조사하여 수행될 수 있다.
상기와 같은 방식으로 농도 구배를 형성한 후, 조성물의 성분을 중합시키기에 충분한 양의 자외선을 조사하여 TN층을 형성할 수 있다. 상기 자외선 조사에 의하여 도포층은 형성된 키랄제의 농도 구배에 따라 액정이 상이한 피치를 가진 상태로 고정되어 TN 영역이 형성될 수 있다. 상기 강한 자외선의 조사의 조건은, 조성물의 성분의 중합이 충분하게 진행될 정도로 수행되는 한 특별히 제한되지 않는다. 하나의 예시에서 상기 자외선의 조사는, 자외선 A 내지 C 영역의 자외선을 약 1 J/cm2 내지 10 J/cm2의 광량으로 조사하여 수행될 수 있다.
하나의 예시에서 상기 TN 조성물의 도포층은, 상기 광학 이방성 고분자층 상에 형성될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 TN 조성물의 도포층은, 광학 이방성 고분자층에 형성된 배향막 상에 형성될 수 있다.
상기 배향막은 예를 들면, 광학 이방성 고분자층에 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.
상기와 같은 방식으로 TN층을 형성한 후에 광학 이방성 고분자층과 부착하여 상기 광학 필름을 제조할 수 있다.
본 출원은 또한 원편광판에 대한 것이다. 예시적인 원편광판은, 선편광자 및 상기 광학 필름을 포함할 수 있다. 하나의 예시에서 상기 광학 필름은 상기 선편광자의 일면에 부착되어 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 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.
원편광판은, 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 디스플레이 장치에 대한 것이다. 예시적인 디스플레이 장치는, 상기 원편광판을 포함할 수 있다.
원편광판을 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 원편광판의 배치 형태는 특별히 제한되지 않고, 예를 들면 공지의 형태가 채용될 수 있다. 예를 들어, 반사형 액정 표시장치에서 상기 원편광판은, 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 원편광판은, OLED의 전극층의 외측에 배치될 수 있다.

Claims (20)

  1. 광학 이방성 고분자층; 및 상기 광학 이방성 고분자층의 일측에 배치된 트위스트 배향된 네마틱 액정을 포함하는 액정층이고, 상기 액정층의 상기 광학 이방성 고분자층에 접하는 면에 존재하는 액정의 도파기의 방향과 반대측 액정층의 최상부에 존재하는 액정의 도파기의 방향이 이루는 각도가 10도 내지 300도인 액정층을 포함하는 광학 필름.
  2. 제 1 항에 있어서, 1/4 파장 위상 지연 특성을 가지는 광학 필름.
  3. 제 1 항에 있어서, 550 nm의 파장의 광에 대한 면상 위상차가 110 nm 내지 220 nm이며, R(650)/R(550)이 R(450)/R(550)보다 큰 값을 나타내는 광학 필름.
  4. 제 3 항에 있어서, R(450)/R(550)이 0.81 내지 0.99이고, R(650)/R(550)이 1.01 내지 1.19인 광학 필름.
  5. 제 1 항에 있어서, 광학 이방성 고분자층은 A 필름인 광학 필름.
  6. 제 5 항에 있어서, 광학 이방성 고분자층의 지상축과 상기 액정층의 상기 광학 이방성 고분자층에 접하는 면에 존재하는 액정의 도파기의 방향이 이루는 각도가 5도 내지 20도이고, 상기 액정층의 최상부에 존재하는 액정의 도파기의 방향과 상기 지상축이 이루는 각도가 40도 내지 70도인 광학 필름.
  7. 제 5 항에 있어서, 광학 이방성 고분자층의 지상축과 상기 액정층의 상기 광학 이방성 고분자층에 접하는 면에 존재하는 액정의 도파기의 방향이 이루는 각도가 15도 내지 40도이고, 상기 액정층의 최상부에 존재하는 액정의 도파기의 방향과 상기 지상축이 이루는 각도가 90도 내지 110도인 광학 필름.
  8. 제 5 항에 있어서, 광학 이방성 고분자층의 지상축과 상기 액정층의 상기 광학 이방성 고분자층에 접하는 면에 존재하는 액정의 도파기의 방향이 이루는 각도가 15도 내지 40도이고, 상기 액정층의 최상부에 존재하는 액정의 도파기의 방향과 상기 지상축이 이루는 각도가 5도 내지 15도인 광학 필름.
  9. 제 1 항에 있어서, 광학 이방성 고분자층과 액정층의 사이에는 배향막을 추가로 포함하는 광학 필름.
  10. 제 1 항에 있어서, 액정층은 두께가 0.5 ㎛ 내지 5 ㎛인 광학 필름.
  11. 제 1 항에 있어서, 액정층에서 네마틱 액정의 도파기의 나선축이 액정층의 두께 방향과 평행하도록 형성되어 있는 광학 필름.
  12. 제 1 항에 있어서, 액정층의 두께의 변화를 x축으로 하고, 해당 두께에 존재하는 액정의 도파기의 방향이 액정층의 최하부에 존재하는 액정층의 도파기의 방향과 이루는 각도를 y축하여 도시된 그래프가 비선형 그래프로 나타나는 광학 필름.
  13. 제 12 항에 있어서, 그래프의 기울기가 액정층의 두께가 증가함에 따라서 함께 증가하는 광학 필름.
  14. 일 방향으로 형성된 광 흡수축을 가지는 선편광자; 및 상기 선편광자의 일면에 존재하는 제 1 항의 광학 필름을 포함하는 원편광판.
  15. 제 14 항에 있어서, 광학 필름의 광학 이방성 고분자층은 A 필름인 원편광판.
  16. 제 15 항에 있어서, 광학 이방성 고분자층이 액정층에 비하여 선편광자와 인접하여 존재하고, 상기 편광자의 광 흡수축과 상기 광학 이방성 고분자층의 지상축이 이루는 각도가 10 내지 20도이며, 상기 지상축과 상기 액정층의 상기 광학 이방성 고분자층에 접하는 면에 존재하는 액정의 도파기의 방향이 이루는 각도가 5도 내지 20도이고, 상기 액정층의 최상부에 존재하는 액정의 도파기의 방향과 상기 지상축이 이루는 각도가 40도 내지 70도인 원편광판.
  17. 제 15 항에 있어서, 액정층이 광학 이방성 고분자층에 비하여 선편광자와 인접하여 존재하고, 선편광자와 인접하는 액정층의 면에 존재하는 액정의 도파기의 방향과 상기 선편광자의 광 흡수축이 이루는 각도가 90도 내지 110도이며, 광학 이방성 고분자층의 지상축과 상기 액정층의 상기 광학 이방성 고분자층에 접하는 면에 존재하는 액정의 도파기의 방향이 이루는 각도가 15도 내지 40도이고, 상기 액정층의 최상부에 존재하는 액정의 도파기의 방향과 상기 지상축이 이루는 각도가 90도 내지 110도인 원편광판.
  18. 제 15 항에 있어서, 액정층이 광학 이방성 고분자층에 비하여 선편광자와 인접하여 존재하고, 선편광자와 인접하는 액정층의 면에 존재하는 액정의 도파기의 방향과 상기 선편광자의 광 흡수축이 이루는 각도가 5도 내지 15도이며, 광학 이방성 고분자층의 지상축과 상기 액정층의 상기 광학 이방성 고분자층에 접하는 면에 존재하는 액정의 도파기의 방향이 이루는 각도가 15도 내지 40도이고, 상기 액정층의 최상부에 존재하는 액정의 도파기의 방향과 상기 지상축이 이루는 각도가 5도 내지 15도인 원편광판.
  19. 제 14 항의 원편광판을 포함하는 디스플레이 장치.
  20. 제 19 항에 있어서, 액정 표시장치 또는 유기발광 표시장치인 디스플레이 장치.
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