KR20150039117A

KR20150039117A - 광학 필름

Info

Publication number: KR20150039117A
Application number: KR20140132262A
Authority: KR
Inventors: 장준원; 박문수; 이대희; 벨리아에프 세르게이
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2013-10-01
Filing date: 2014-10-01
Publication date: 2015-04-09
Also published as: US10018760B2; TWI574088B; TW201523099A; US20150153497A1; KR101694587B1; CN105190379A; JP2016510904A; CN105190379B; JP6304664B2

Abstract

본 출원은, 광학 필름, 복합 편광판 및 액정 디스플레이에 관한 것이다. 본 출원은 다양한 액정 디스플레이, 특히 소위 면상 스위칭(IPS: In plane switching) 액정 디스플레이의 광학 보상에 효과적으로 적용될 수 있는 광학 필름 또는 복합 편광판 및 그를 포함하는 액정 디스플레이를 제공하는 것을 주요한 목적의 하나로 한다.

Description

광학 필름{Optical Film}

본 출원은 광학 필름, 복합 편광판 및 액정 디스플레이 장치에 관한 것이다.

대표적인 디스플레이 장치인 액정 디스플레이(LCD: Liquid crystal display)는, 액정 분자를 포함하는 액정 셀을 가진다. 액정 셀에 포함되는 액정 분자는 복굴절을 가지는데, 이러한 복굴절에 의해 액정 디스플레이를 보는 위치에 따라서 광이 느끼는 굴절률의 차이가 발생하고, 그 결과 액정 디스플레이를 관찰할 때에 관찰 위치에 따라서 구현되는 화면의 품질이 떨어지는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 고려하여 액정 디스플레이에 적용될 수 있는 다양한 광학 보상 필름 등 위상차 필름이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 및 2).

특허문헌 1: 한국공개특허 제2013-0101327호 특허문헌 2: 한국공개특허 제2013-0003070호

본 출원은 광학 필름, 복합 편광판 및 액정 디스플레이를 제공한다. 본 출원은 다양한 액정 디스플레이, 특히 소위 면상 스위칭(IPS: In plane switching) 액정 디스플레이의 광학 보상에 효과적으로 적용될 수 있는 광학 필름 또는 복합 편광판 및 그를 포함하는 액정 디스플레이를 제공하는 것을 주요한 목적의 하나로 한다.

예시적인 광학 필름은, 음의 이축성 위상차층과 수직 배향 액정층을 포함하고, 상기 음의 이축성 위상차 필름 또는 수직 배향 액정층과의 굴절률의 차이가 0.1 이상인 등방성층을 포함할 수 있다.

특별히 달리 규정하지 않는 한, 본 출원에서 용어 굴절률 또는 위상차(retardation)은 550 nm의 파장의 광에 대한 굴절률 또는 위상차를 의미한다. 또한, 상기 등방성층과 음의 이축성 위상차층 또는 수직 배향 액정층의 굴절률의 차이에서 상기 위상차층 또는 액정층의 굴절률은, 평균 굴절률, 즉 후술하는 지상축 방향의 굴절률(Nx), 진상축 방향의 굴절률(Ny) 및 두께 방향의 굴절률(Nz)의 평균치({Nx+Ny+Nz}/3)를 의미한다.

본 출원에서 용어 음의 이축성 위상차층은 상기 층의 지상축 방향의 굴절률(Nx), 진상축 방향의 굴절률(Ny) 및 두께 방향의 굴절률(Nz)이 Nx > Ny > Nz의 관계를 만족하는 위상차층을 의미할 수 있다.

상기에서 지상축 방향은 위상차층의 면상에서 가장 높은 굴절률을 나타내는 방향이고, 진상축 방향은 위상차층의 면상에서 상기 지상축 방향과 수직하는 방향이며, 두께 방향은 상기 지상축 및 진상축에 수직하는 방향을 의미할 수 있다. 예를 들어, 도 1에서 위상차층(100)의 X축 방향을 지상축 방향이라고 하면, 그에 수직하는 Y축 방향이 진상축 방향이고, X축 및 Y축에 수직하는 Z축 방향이 두께 방향일 수 있다.

또한, 본 출원에서 용어 수직 배향 액정층은, 실질적으로 수직 배향된 액정을 포함하는 액정 고분자층을 의미하고, 상기 고분자층은 소위 +C 플레이트의 특성을 나타낼 수 있다. 상기에서 +C 플레이트의 특성은, 그 지상축 방향의 굴절률(Nx)과 진상축 방향의 굴절률(Ny)이 실질적으로 동일하고, 두께 방향의 굴절률(Nz)이 진상축 방향의 굴절률(Ny)에 비하여 큰 경우(Nz > Ny)를 의미할 수 있다. 상기에서 지상축 방향의 굴절률(Nx)과 진상축 방향의 굴절률(Ny)의 동일은 실질적인 동일이고, 따라서 공정 오차 등에 의해 발생하는 미세한 차이가 있는 경우도 실질적 동일의 범주에 포함된다. 또한, 수직 배향 액정층은 +C 플레이트의 특성을 보이는 한, 일부 수직 배향되지 않은 액정을 포함할 수도 있다.

또한, 본 출원에서 용어 등방성층은, 그 지상축 방향의 굴절률(Nx), 진상축 방향의 굴절률(Ny) 및 두께 방향의 굴절률(Nz)이 모두 실질적으로 동일한 경우를 의미할 수 있다. 상기에서의 동일 역시 실질적인 동일이고, 따라서 각 굴절률들간 공정 오차 등에 의해 발생하는 미세한 차이가 있는 경우도 상기 동일의 범주에 포함된다.

광학 필름에서 수직 배향 액정층은, 음의 이축성 위상차층의 하부에 존재할 수 있다. 또한, 상기 등방성층은, 상기 위상차층과 액정층의 사이, 상기 위상차층의 상부 또는 상기 액정층의 하부에 존재할 수 있다. 도 2 및 3은, 예시적인 광학 필름의 단면도이고, 도 2는 위상차층(10)과 액정층(20)의 사이에 등방성층(30)이 존재하는 경우이고, 도 3은, 위상차층(10)의 하부에 액정층(20)과 등방성층(30)이 순차 존재하는 경우이다. 도면으로 도시하고 있지는 않지만, 등방성층(30)은 위상차층(10)의 상부에 존재할 수도 있다.

본 출원에서 용어 상부 또는 하부는, 상기 위상차층, 액정층 및 등방성층 등 광학 필름 또는 복합 편광판 등에 포함되는 층간의 상호 위치 관계를 설정하기 위한 개념이며, 실제 적용 과정 등에서 해당 층이 반드시 상부 또는 하부 방향을 향하고 있는 것을 의미하는 것은 아니다.

이러한 구조의 위상차층은, 다양한 액정 디스플레이의 보상 필름으로 유용하게 사용될 수 있고, 특히 소위 IPS 액정 디스플레이의 암(black) 상태의 경사각에서 발생하는 광 누설을 최소화시키고, 높은 콘트라스트 비율을 확보하고, 색 변화(color shift)를 억제할 수 있는 보상 필름으로 유용하게 사용될 수 있다.

광학 필름에 포함되는 음의 이축성 위상차층은, 550 nm의 파장의 광에 대한 면상 위상차(Rin)가 20 nm 내지 300 nm의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 면상 위상차(Rin)는 다른 예시에서 약 25 nm 이상, 30 nm 이상, 35 nm 이상, 40 nm 이상, 45 nm 이상, 50 nm 이상, 55 nm 이상, 60 nm 이상, 65 nm 이상, 70 nm 이상, 80 nm 이상, 90 nm 이상, 100 nm 이상 또는 110 nm 이상일 수 있다. 또한, 상기 면상 위상차(Rin)는 다른 예시에서 약 250 nm 이하, 약 240 nm 이하, 약 230 nm 이하, 약 220 nm 이하, 약 210 nm 이하, 약 200 nm 이하, 약 190 nm 이하, 약 180 nm 이하, 약 170 nm 이하, 약 160 nm 이하, 약 150, 약 140 또는 약 130 nm 이하일 수 있다. 이러한 면상 위상차(Rin)에서, 광학 필름은 액정 디스플레이, 특히 IPS 액정 디스플레이에 적용되어 목적하는 기능을 효과적으로 수행할 수 있다. 본 출원에서 용어 면상 위상차는 하기 수식 1로 계산될 수 있다.

[수식 1]

Rin = d×(Nx - Ny)

수식 1에서 Rin은 면상 위상차이고, d는 해당 층의 두께이며, Nx는 해당 층의 지상축 방향의 굴절률(550 nm 파장 기준)이고, Ny는 해당 층의 진상축 방향의 굴절률(550 nm 파장 기준)이다.

음의 이축성 위상차층은, 550 nm의 파장의 광에 대한 두께 방향의 위상차(Rth)가 -400 nm 내지 -5 nm의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 두께 방향 위상차(Rth)는 다른 예시에서 약 -350 nm 이상, -300 nm 이상, -250 nm 이상, -200 nm 이상, 약 -150 nm 이상, -100 nm 이상, -80 nm 이상 또는 -60 nm 이상일 수 있다. 또한, 상기 두께 방향 위상차(Rth)는 다른 예시에서 약 -10 nm 이하, 약 -15 nm 이하, 약 -20 nm 이하, -25 nm 이하, -30 nm 이하, -35 nm 이하 또는 -40 nm 이하일 수 있다. 이러한 두께 방향 위상차(Rth)에서, 광학 필름은 액정 디스플레이, 특히 IPS 액정 디스플레이에 적용되어 목적하는 기능을 효과적으로 수행할 수 있다. 본 출원에서 용어 두께 방향 위상차는 하기 수식 2로 계산될 수 있다.

[수식 2]

Rth = d×(Nz - Ny)

수식 1에서 Rin은 면상 위상차이고, d는 해당 층의 두께이며, Nz는 해당 층의 두께 방향의 굴절률(550 nm 파장 기준)이고, Ny는 해당 층의 진상축 방향의 굴절률(550 nm 파장 기준)이다.

음의 이축성 위상차층은, 소위 정상 파장 분산 특성(normal wavelength dispersion), 플랫 파장 분산 특성(flat wavelength dispersion) 또는 역 파장 분산 특성(reverse wavelength dispersion)을 가질 수 있고, 일 예시에서 정상 파장 분산 특성을 가질 수 있다.

음의 이축성 위상차층으로는 공지된 다양한 소재를 사용할 수 있다. 위상차층 관련 분야에서는 상기와 같은 특성을 나타내는 다양한 종류의 위상차층이 알려져 있다. 하나의 예시에서 상기 위상차층은 고분자 필름일 수 있다. 공지된 방식으로서 고분자 필름에 연신 등을 수행하여 위상차를 부여하는 방식이 알려져 있다. 고분자 필름으로는 TAC(triacetyle cellulose) 필름과 같은 셀룰로오스 필름, PNB(poly(norbonene) 필름과 같은 고리형 올레핀 폴리머 필름, PC(polycarbonate) 필름과 같은 폴리에스테르 필름 또는 아크릴 폴리머 필름 등이 사용될 수 있다. 상기와 같은 고분자 필름은 위상차 부여를 위하여 일축 또는 이축 연신된 필름일 수 있다.

음의 이축성 위상차층의 두께는 특별히 제한되지 않는다. 다만, 상기 목적하는 위상차의 달성 가능성이나 제품으로의 적용 가능성 등을 고려하여 상기 두께는 약 1㎛ 내지 100㎛의 범위 내에서 정해질 수 있다. 상기 두께는 다른 예시에서 약 5㎛ 이상, 10㎛ 이상, 15㎛ 이상 또는 약 20㎛ 이상일 수 있다. 상기 두께는 다른 예시에서 약 90㎛ 이하, 약 80㎛ 이하, 약 70㎛ 이하, 약 60㎛ 이하, 약 50㎛ 이하, 약 40㎛ 이하 또는 약 30㎛ 이하일 수 있다.

광학 필름에 포함되는 수직 배향 액정층은, 전술한 바와 같이 실질적으로 수직 배향된 액정을 포함하는 액정 고분자층이고, 이는 +C 플레이트의 특성을 나타낼 수 있다. +C 플레이트의 특성을 나타낼 수 있는 실질적으로 수직 배향된 액정 고분자층 자체는 다양하게 공지되어 있다. 이러한 수직 배향 액정층은, 전술한 550 nm 파장의 광에 대한 면상 위상차(Rin)가 실질적으로 0 nm이다. 다만, 전술한 바와 같이 공정 오차 등에 의해서 수직 배향 액정층의 경우에도 지상축 방향의 굴절률(Nx)과 진상축 방향의 굴절률(Ny)이 어느 정도 차이가 있는 경우도 있다. 따라서, 수직 배향 액정층에서 상기 면상 위상차(Rin)는 -10 nm 내지 10 nm, -5 nm 내지 5 nm 또는 -3 nm 내지 3 nm의 범위 내에 있을 수 있다.

수직 배향 액정층은, 550 nm의 파장의 광에 대한 두께 방향의 위상차(Rth)가 양의 값을 가진다. 본 출원에서 상기 수직 배향 액정층의 두께 방향 위상차는 상기 위상차와 상기 음의 이축성 위상차층의 두께 방향 위상차의 합계 수치가 양의 수치를 가질 수 있는 범위에서 결정될 수 있다. 예를 들면, 상기 합계 수치, 즉 수직 배향 액정층의 두께 방향 위상차(Rth)(550 nm 파장 기준)와 음의 이축성 위상차층의 두께 방향 위상차(Rth)(550 nm 파장 기준)의 합은 0 nm 초과, 5 nm 이상, 10 nm 이상, 15 nm 이상, 20 nm 이상, 25 nm 이상, 30 nm 이상, 35 nm 이상, 40 nm 이상, 45 nm 이상, 50 nm 이상, 60 nm 이상, 70 nm 이상, 75 nm 이상 또는 80 nm 이상일 수 있다. 상기 합은 또한 500 nm 이하, 450 nm 이하, 400 nm 이하, 350 nm 이하, 300 nm 이하, 260 nm 이하, 230 nm 이하, 200 nm 이하, 180 nm 이하, 160 nm 이하, 140 nm 이하, 120 nm 이하, 100 nm 이하 또는 90 nm 이하일 수 있다. 이러한 범위는, 액정 디스플레이의 광학 보상, 특히 IPS 액정 디스플레이의 광학 보상에 중요할 수 있다.

수직 배향 액정층의 두께 방향 위상차의 범위는 상기 합계치를 충족시키는 한 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들면, 약 50 nm 내지 500 nm의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 두께 방향 위상차(Rth)는 다른 예시에서 약 100 nm 이상 또는 110 nm 이상일 수 있다. 두께 방향 위상차(Rth)는 다른 예시에서 약 450 nm 이하, 약 400 nm 이하, 약 350 nm 이하, 약 300 nm 이하, 약 250 nm 이하, 약 200 nm 이하 또는 약 150 nm 이하일 수 있다.

수직 배향 액정층은, 소위 정상 파장 분산 특성(normal wavelength dispersion), 플랫 파장 분산 특성(flat wavelength dispersion) 또는 역 파장 분산 특성(reverse wavelength dispersion)을 가질 수 있고, 일 예시에서 정상 파장 분산 특성을 가질 수 있다.

전술한 바와 같이 +C 플레이트의 특성을 보이는 수직 배향 액정층 자체는 다양하게 공지되어 있고, 본 출원에서는 이러한 공지의 소재 중에서 상기 특성을 가지는 적절한 종류를 선택하여 사용할 수 있다.

수직 배향 액정층의 두께는 특별히 제한되지 않고, 상기 목적하는 위상차의 범위나 제품으로의 적용 가능성 등을 고려하여 적정 범위로 정해질 수 있다.

광학 필름에는, 등방성층이 포함된다. 등방성층은, 상기 음의 이축성 위상차층 또는 수직 배향 액정층과의 굴절률의 차이의 절대값이 0.1 이상이고, 두께가 100 nm 내지 200 nm, 100 nm 내지 195 nm, 100 nm 내지 190 nm, 100 nm 내지 185 nm, 100 nm 내지 180 nm 또는 100 nm 내지 175 nm의 범위 내에 있을 수 있다. 이러한 등방성층은, 광이 상기 광학 필름을 투과할 때에 소위 편광 회전 및 박막 간섭 현상을 유도하여, 전체적인 광학 필름의 광 특성을 액정 디스플레이, 특히 IPS 액정 디스플레이의 광학 보상에 적합하도록 조절할 수 있다. 등방성층의 상기 굴절률의 차이의 절대값과 두께는, 광학 필름의 전체적인 구조, 즉 음의 이축성 위상차층과 수직 배향 액정층을 포함하는 구조에서 중요한 의미를 가진다. 즉, 등방성층의 상기 굴절률의 차이의 절대값과 두께가 상기 범위에 존재하지 않으면, 광학 필름의 광 특성이 액정 디스플레이의 보상에 적합하도록 조절되기 어렵다.

등방성층은, 상기 음의 이축성 위상차층 또는 수직 배향 액정층과의 굴절률의 차이의 절대값이 약 0.1 이상이고, 다른 예시에서 약 0.15 이상 또는 약 0.2 이상일 수 있다. 상기 절대값은 다른 예시에서 약 1 이하, 약 0.9 이하, 약 0.8 이하, 약 0.7 이하, 약 0.6 이하, 약 0.5 이하, 약 0.4 이하 또는 약 0.3 이하일 수 있다. 상기와 같은 범위의 굴절률의 차이를 가지면서 100 nm 내지 200 nm의 두께를 가지는 등방성층은 광학 필름의 광 특성을 적합하게 제어할 수 있다.

등방성층의 굴절률은, 상기와 같은 굴절률 차이의 절대값을 가지는 한 특별히 제한되는 것은 아니다. 상기 등방성층의 굴절률은 상기 위상차층 또는 액정층에 비해 높을 수도 있고, 반대로 낮을 수도 있다. 하나의 예시에서 상기 등방성층은 상기 위상차층 또는 액정층에 비하여 높은 굴절률을 가질 수 있고, 이 경우 굴절률의 범위는 약 1.5 이상, 약 1.6 이상, 약 1.7 이상 또는 약 1.75 이상일 수 있다. 상기의 경우 굴절률은, 다른 예시에서 약 2.5 이하, 약 2 이하, 약 1.9 이하 또는 약 1.85 이하일 수 있다. 다른 예시에서 상기 등방성층은 상기 위상차층 또는 액정층에 비하여 낮은 굴절률을 가질 수 있고, 이 경우 굴절률의 범위는 약 1.4 이하, 약 1.35 이하 또는 약 1.3 이하일 수 있다. 상기의 경우 굴절률은, 다른 예시에서 약 1.1 이상, 약 1.2 이상 또는 약 1.25 이상일 수 있다.

등방성층의 소재는 상기와 같은 굴절률을 가지면서 실질적으로 등방성인 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 등방성층이 고굴절층인 경우에는, 상기 등방성층은, ITO(Indium Tin Oxide), ZnS 또는 산화 티탄 등을 포함하는 층일 수 있다. 또한, 등방성층이 저굴절층인 경우에는 상기 등방성층은, 예를 들면, 미국공개특허 제2006-0148824호 등에 공지되어 있는 실리콘 개질 플루오로 폴리머, 산화 규소 나노입자 또는 LSS-2233-10-PST (Polymer Systems Technoloy Limited) 등의 상품명으로 공지되어 있는 것과 같은 실리콘 물질 등을 포함할 수 있다. 상기에 기재된 물질들 이외에도 광학 필름의 평균 굴절률과 굴절률 차이가 0.1 이상이고, 등방성을 갖는 물질이면 어느 것이나 등방성 물질층을 구성하는 물질로 사용될 수 있다.

상기와 같은 소재를 사용하여 등방성층을 형성하는 방식은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 등방성층이 무기 재료의 층인 경우에, 공지의 스퍼터링, 진공 증착 등의 방식을 적용하거나, 졸겔 코팅 등의 방식이 적용될 수 있고, 등방성층이 유기 재료인 경우에는 소위 iCVD 등과 같은 증착 방식이나, 습식 또는 건식 코팅 방식이 적용될 수 있다.

본 출원의 광학 필름은 상기 기술한 위상차층, 액정층 및 등방성층 외에도 필요한 경우에 다른 층을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 광학 필름은, 상기 액정층과 인접하여 배치되어 있는 수직 배향층을 추가로 포함할 수 있다. 수직 배향 액정층의 종류는 특별한 제한이 없고, 공지의 수직 배향 액정층을 모두 사용할 수 있다.

본 출원은 또한 복합 편광판에 대한 것이다. 본 출원의 복합 편광판은 편광자와 상기 편광자의 일측에 배치되어 있는 상기 광학 필름을 포함할 수 있다. 이러한 편광판은 액정 디스플레이용, 예를 들면, IPS 액정 디스플레이용 편광판일 수 있다. 또한, 상기 편광판은 시인측 편광판일 수 있다. 본 출원에서 용어 시인측 편광판은, 액정 디스플레이에 포함되는 편광판 중에서 관찰자측에 보다 가깝게 배치되어 있는 편광판을 의미할 수 있다.

본 출원의 편광판에 적용되는 편광자의 종류는 특별히 제한되지 않고, 공지의 편광자가 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 편광자는, 요오드 등의 이색성 물질이 흡착 배향되어 있는 폴리비닐알코올계 필름 등이거나, 혹은 유방성 액정 화합물의 코팅층이거나, 반응성 액정 조성물과 이색성 염료를 포함하는 호스트 게스트(host guest)형 액정 조성물의 코팅층일 수 있다.

복합 편광판에서 광학 필름은 상기 음의 이축성 위상차층이 상기 수직 배향 액정층에 비하여 상기 편광자에 가깝게 배치되어 있거나, 혹은 반대로 상기 수직 배향 액정층이 상기 음의 이축성 위상차층에 비하여 상기 편광자에 가깝게 배치되어 있을 수 있다.

상기에서 광학 필름의 음의 이축성 위상차층이 상기 액정층에 비하여 상기 편광자에 가깝게 배치되어 있는 경우에는 상기 음의 이축성 위상차층의 지상축이 상기 편광자의 광흡수축과 약 80도 내지 100도, 약 85도 내지 95도 또는 약 90도를 이루고 있을 수 있다. 반대로 광학 필름의 수직 배향 액정층이 상기 위상차층에 비하여 상기 편광자에 가깝게 배치되어 있는 경우에는 상기 음의 이축성 위상차층의 지상축이 상기 편광자의 광흡수축과 약 170도 내지 190도, 약 175도 내지 185도 또는 약 180도를 이루고 있을 수 있다. 위상차층의 지상축을 이 범위로 조절하여 상기 복합 편광판이 액정 디스플레이, 특히 IPS 액정 디스플레이의 광학 보상에 효과적으로 적용될 수 있다.

본 출원에서 복합 편광판은 상기 기술한 편광자 및 광학 필름 외에도 필요한 경우에 다른 층을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 복합 편광판은 상기 편광자의 일측 또는 양측에 배치된 편광자 보호 필름을 포함할 수 있다. 상기 편광자 보호 필름의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 또한, 복합 편광판은 상기 보호 필름을 반드시 포함하여야 하는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 광학 필름이 상기 보호 필름의 역할을 수행할 수 있으며, 이 경우 상기 광학 필름은 내부 보호 필름으로 사용될 수 있다. 본 출원에서 용어 내부 보호 필름은, 복합 편광판이 액정 디스플레이에 적용된 때에 액정 셀과 편광자의 사이에 배치되는 보호 필름을 의미할 수 있다.

본 출원은 상기 광학 필름 또는 복합 편광판을 포함하는 액정 디스플레이, 예를 들면, IPS 액정 디스플레이에 대한 것이다. 본 출원에서 용어 IPS 액정 디스플레이에는 일반적인 IPS 모드는 물론 소위 SIPS(Super In Plane Switching) 또는 FFS(Fringe Field Switching) 모드로 호칭되는 액정 디스플레이도 포함될 수 있다. 상기 액정 디스플레이는 적어도 순차 배치된 시인측 편광판, 액정셀 및 하부 편광판을 포함할 수 있다. 상기에서 용어 시인측 편광판은 하부 편광판에 비하여 관찰자에게 가깝게 배치되는 편광판을 의미할 수 있다. 광학 필름이 포함되는 경우에 상기 광학 필름은 상기 시인측 편광판과 액정셀의 사이에 배치될 수 있다.

상기에서 광학 필름은 그 음의 이축성 위상차층이 그 수직 배향 액정층에 비하여 상기 시인측 편광판에 가깝게 배치되거나, 혹은 반대로 수직 배향 액정층이 상기 위상차층에 비해 상기 시인측 편광판에 가깝게 배치되어 있을 수 있다. 위상차층이 시인측 편광판에 보다 가깝게 배치되는 경우에 상기 위상차층의 지상축은 상기 시인측 편광판의 광흡수축과 약 80도 내지 100도, 약 85도 내지 95도 또는 약 90도를 이루고 있을 수 있다. 반대로 수직 배향 액정층이 상기 위상차층에 비하여 상기 시인측 편광판에 가깝게 배치되어 있는 경우에는 상기 음의 이축성 위상차층의 지상축은 상기 시인측 편광판의 광흡수축과 약 170도 내지 190도, 약 175도 내지 185도 또는 약 180도를 이루고 있을 수 있다. 위상차층의 지상축을 이 범위로 조절하여 액정 디스플레이, 특히 IPS 액정 디스플레이의 광학 보상에 효과적으로 적용될 수 있다.

한편, 상기 복합 편광판이 액정 디스플레이에 포함되는 경우에는 상기 복합 편광판은 상기 디스플레이의 시인측 편광판으로 사용될 수 있고, 이러한 경우에 복합 편광판의 편광자와 액정셀의 사이에 광학 필름이 배치될 수 있다.

본 출원의 액정 디스플레이에 포함되는 다른 구성의 종류나 그 배치 등은 특별히 제한되지 않고, 액정 디스플레이 분야에서 적용되는 일반적인 사항이 적용될 수 있다.

예를 들어, 상기 액정 디스플레이가 IPS 액정 디스플레이인 경우에 상기 액정셀은 상기 시인측 및 하부 편광판의 면과 평행한 면상에 광축(ex. 지상축)이 존재하는 수평 배향된 액정을 포함할 수 있고, 상기 액정은 양의 유전율 이방성 또는 음의 유전율 이방성을 가질 수 있다. 또한, 상기 시인측 및 하부 편광판의 광흡수축은 서로 수직하게 배치될 수 있다. 또한, IPS 액정 디스플레이는, 소위 O 모드 또는 E 모드의 액정 디스플레이일 수 있고, 이에 따라 암(black) 상태에서 상기 수평 배향된 액정을 포함하는 액정셀의 광축(ex. 지상축)은, 상기 하부 편광판의 광 흡수축과 평행하거나, 혹은 수직하도록 배치될 수 있다.

본 출원은 다양한 액정 디스플레이, 특히 소위 면상 스위칭(IPS: In plane switching) 액정 디스플레이의 광학 보상에 효과적으로 적용될 수 있는 광학 필름 또는 복합 편광판 및 그를 포함하는 액정 디스플레이를 제공할 수 있다.

도 1은, 위상차층 또는 액정층의 지상축, 진상축 및 두께 방향을 표시하기 위한 예시적인 도면이다.
도 2 및 3은, 광학 필름의 구조를 예시적으로 보여주는 단면도이다.
도 4 내지 7은 각각 실시예의 광학 필름의 특성을 보여주는 도면이다.
도 8은 실시예 및 비교예의 파장 분산 특성을 보여주는 도면이다.

이하, 실시예 및 비교예를 통하여 상기 광학 필름 등을 구체적으로 설명하지만, 상기 광학 필름 등의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

1. 위상차 특성의 평가

실시예 및 비교예의 위상차층 또는 액정층의 면상 또는 두께 방향의 위상차와 파장에 따른 위상차 특성 등은 16개의 뮬러 매트릭스(Muller Matrix)를 측정할 수 있는 Axoscan 장비(Axomatrics사제)을 사용하여 측정하였다. 파장에 따른 위상차 특성 외의 면상 또는 두께 방향 위상차는 550 nm 파장의 광을 기준으로 측정하였다. Axoscan 장비를 사용하여 제조사의 매뉴얼에 따라서 16개의 뮬러 매트릭스를 구하고, 이를 통해 위상차를 추출하였다.

2. 층 두께의 평가

실시예 및 비교예에서 등방성층의 두께 등 시료의 두께는 Filmetrics사의 F20 장비를 사용하여 제조사의 매뉴얼에 따라 측정하였다.

실시예 1.

음의 이축성 위상차층으로서, 면상 위상차(기준 파장: 550 nm)가 약 120 nm이고, 두께 방향의 위상차(기준 파장: 550 nm)가 약 -45 nm인 아크릴 폴리머 필름(두께: 약 25 ㎛, 굴절률: 약 1.51)의 일면에 공지의 방식으로 수직 배향막을 형성하고, 다시 수직 배향 가능한 반응성 액정 화합물(RM: Reactive Mesogen)을 상기 수직 배향막상에서 배향 및 중합시켜 두께 방향 위상차가 약 +130 nm인 수직 배향 액정층(굴절률: 약 1.55)을 형성하였다. 이어서, 상기 수직 배향 액정층의 상부에 ITO(Indium Tin Oxide)층을 공지의 스퍼터링 방식으로 증착하여 굴절률이 약 1.8이고, 두께가 약 100 nm인 등방성층을 형성하였다. 이어서 상기 아크릴 폴리머 필름의 수직 배향 액정층이 형성되지 않은 면에 공지의 PVA(poly(vinyl alcohol)) 계열의 흡수형 편광자를 상기 편광자의 광 흡수축이 상기 아크릴 폴리머 필름의 지상축과 수직하도록 부착하여, 복합 편광판을 제조하고, 이 복합 편광판을 IPS 모드의 액정셀에 시인측 편광판으로 부착하여 액정 디스플레이를 제작하였다. 제작된 액정 디스플레이는 상기 복합 편광판 외에도 액정셀의 상기 복합 편광판이 배치된 측과는 반대측에 하부 편광판 및 백라이트 유닛을 순차 포함하고 있고, 상기 복합 편광판과 하부 편광판의 광 흡수축은 서로 수직하였다. 상기 액정셀은 수평 배향된 액정을 포함하고, 면상 위상차는 약 295 nm 전후의 범위였으며, 상기 수평 배향된 액정의 지상축은 암(black) 상태에서 상기 복합 편광판의 광 흡수축과 수직하였다. 도 4는, Eldim사의 EZ contrast 160R을 사용하여 상기 복합 편광판의 경사각에서의 색변화를 측정한 사진이고, 상기 광학 필름(아크릴 필름, 수직 배향 액정층 및 ITO층의 적층체)의 파장 분산 특성은, 도 8에 나타나 있다. 도 4 및 8로부터 상기 적층체 또는 복합 편광판은, 소위 역파장 분산 특성에 준하는 우수한 파장 분산 특성을 보이면서, 시야각에서의 보상 효과도 탁월한 것을 확인할 수 있다. 도 8을 보면 상기 실시예 1 및 후술하는 다른 실시예들의 파장 분산 특성이 거의 유사한 수준으로 겹쳐져서 확인되는 것을 알 수 있다. 또한, 후술하는 비교예 3 및 4의 도면도 서로 비슷한 경향을 가지면, 실시예와는 다른 패턴으로 겹쳐져서 확인되고 있다.

실시예 2.

수직 배향 액정층의 상부에 ITO(Indium Tin Oxide)층을 약 143 nm의 두께로 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 광학 필름, 복합 편광판 및 IPS 액정 디스플레이를 제조하였다. 도 5는, Eldim사의 EZ contrast 160R을 사용하여 상기 복합 편광판의 경사각에서의 색변화를 측정한 사진이고, 상기 광학 필름(아크릴 필름, 수직 배향 액정층 및 ITO층의 적층체)의 파장 분산 특성은, 도 8에 나타나 있다. 도 5 및 8로부터 상기 적층체 또는 복합 편광판은, 소위 역파장 분산 특성에 준하는 우수한 파장 분산 특성을 보이면서, 시야각에서의 보상 효과도 탁월한 것을 확인할 수 있다.

실시예 3.

수직 배향 액정층의 상부에 ITO(Indium Tin Oxide)층을 약 154 nm의 두께로 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 광학 필름, 복합 편광판 및 IPS 액정 디스플레이를 제조하였다. 도 6은, Eldim사의 EZ contrast 160R을 사용하여 상기 복합 편광판의 경사각에서의 색변화를 측정한 사진이고, 상기 광학 필름(아크릴 필름, 수직 배향 액정층 및 ITO층의 적층체)의 파장 분산 특성은, 도 8에 나타나 있다. 도 6 및 8로부터 상기 적층체 또는 복합 편광판은, 소위 역파장 분산 특성에 준하는 우수한 파장 분산 특성을 보이면서, 시야각에서의 보상 효과도 탁월한 것을 확인할 수 있다.

실시예 4.

수직 배향 액정층의 상부에 ITO(Indium Tin Oxide)층을 약 170 nm의 두께로 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 광학 필름, 복합 편광판 및 IPS 액정 디스플레이를 제조하였다. 도 7은, Eldim사의 EZ contrast 160R을 사용하여 상기 복합 편광판의 경사각에서의 색변화를 측정한 사진이고, 상기 광학 필름(아크릴 필름, 수직 배향 액정층 및 ITO층의 적층체)의 파장 분산 특성은, 도 8에 나타나 있다. 도 7 및 8로부터 상기 적층체 또는 복합 편광판은, 소위 역파장 분산 특성에 준하는 우수한 파장 분산 특성을 보이면서, 시야각에서의 보상 효과도 탁월한 것을 확인할 수 있다.

비교예 1.

아크릴 폴리머 필름상에 수직 배향층과 수직 배향 액정층을 형성하지 않고, 직접 ITO(Indium Tin Oxide)층을 약 200 nm의 두께로 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 광학 필름, 복합 편광판 및 IPS 액정 디스플레이를 제조하였다. 이에 대하여 상기 실시예와 동일하게 시야각에서의 보상 효과를 측정하였으나, 적합한 보상 효과가 발휘되지 않고, 경사각에서의 광누출이 심하게 발생하였다.

비교예 2.

수직 배향 액정층상에 ITO(Indium Tin Oxide)층을 형성하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 광학 필름, 복합 편광판 및 IPS 액정 디스플레이를 제조하였다. 이에 대하여 상기 실시예와 동일하게 시야각에서의 보상 효과를 측정하였으나, 적합한 보상 효과가 발휘되지 않고, 경사각에서의 광누출이 심하게 발생하였다.

비교예 3.

수직 배향 액정층의 상부에 ITO(Indium Tin Oxide)층을 약 90 nm의 두께로 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 광학 필름, 복합 편광판 및 IPS 액정 디스플레이를 제조하였다. 이에 대하여 상기 실시예와 동일하게 시야각에서의 보상 효과를 측정하였으나, 적합한 보상 효과가 발휘되지 않고, 경사각에서의 광누출이 심하게 발생하였다. 또한, 도 8에 나타난 바와 같이 파장 분산 특성도 소위 정파장 분산 특성과 유사하게 나타나서 적절한 보상이 이루어지지 않음을 예측할 수 있다.

비교예 4.

수직 배향 액정층의 상부에 ITO(Indium Tin Oxide)층을 약 210 nm의 두께로 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 광학 필름, 복합 편광판 및 IPS 액정 디스플레이를 제조하였다. 이에 대하여 상기 실시예와 동일하게 시야각에서의 보상 효과를 측정하였으나, 적합한 보상 효과가 발휘되지 않고, 경사각에서의 광누출이 심하게 발생하였다. 또한, 도 8에 나타난 바와 같이 파장 분산 특성도 소위 정파장 분산 특성과 유사하게 나타나서 적절한 보상이 이루어지지 않음을 예측할 수 있다.

100: 음의 이축성 위상차층 또는 수직 배향 액정층
10: 음의 이축성 위상차층
20: 수직 배향 액정층
30: 등방성층

Claims

음의 이축성 위상차층; 상기 음의 이축성 위상차층의 하부에 존재하는 수직 배향 액정층; 및 상기 음의 이축성 위상차층과 수직 배향 액정층의 사이, 상기 음의 이축성 위상차층의 상부 또는 상기 수직 배향 액정층의 하부에 존재하며, 상기 음의 이축성 위상차층 또는 수직 배향 액정층과의 굴절률의 차이의 절대값이 0.1 이상이고, 두께가 100 nm 내지 200 nm의 범위 내인 등방성층을 포함하는 광학 필름.
제 1 항에 있어서, 등방성층은 수직 배향 액정층의 하부에 존재하는 광학 필름.
제 1 항에 있어서, 음의 이축성 위상차층은, 550 nm의 파장의 광에 대한 면상 위상차(Rin)가 20 nm 내지 300 nm의 범위 내에 있는 광학 필름.
제 1 항에 있어서, 음의 이축성 위상차층은, 550 nm의 파장의 광에 대한 두께 방향의 위상차(Rth)가 -400 nm 내지 -5 nm의 범위 내에 있는 광학 필름.
제 1 항에 있어서, 음의 이축성 위상차층은, 정상 파장 분산 특성을 가지는 광학 필름.
제 1 항에 있어서, 음의 이축성 위상차 필름은, 아크릴 폴리머 필름 또는 고리형 올레핀 폴리머 필름인 광학 필름.
제 1 항에 있어서, 수직 배향 액정층의 두께 방향 위상차와 음의 이축성 위상차층의 두께 방향 위상차의 합계 수치가 20 nm 이상인 광학 필름.
제 1 항에 있어서, 수직 배향 액정층은, 정상 파장 분산 특성을 가지는 광학 필름.
제 1 항에 있어서, 등방성층의 굴절률이 1.5 이상인 광학 필름.
제 1 항에 있어서, 등방성층의 굴절률이 1.4 이하인 광학 필름.
제 1 항에 있어서, 등방성층은, ITO(Indium Tin Oxide), ZnS, 산화 티탄, 실리콘 개질 플루오로 폴리머, 산화 규소 입자 또는 실리콘 물질을 포함하는 광학 필름.
편광자 및 상기 편광자의 일측에 배치되어 있는 제 1 항의 광학 필름을 포함하는 복합 편광판.
제 12 항에 있어서, 광학 필름의 음의 이축성 위상차층이 수직 배향 액정층에 비하여 편광자에 가깝게 배치되어 있고, 상기 음의 이축성 위상차층의 지상축이 상기 편광자의 광흡수축과 이루는 각도가 80도 내지 100도의 범위 내에 있는 복합 편광판.
제 12 항에 있어서, 광학 필름의 수직 배향 액정층이 음의 이축성 위상차층에 비하여 편광자에 가깝게 배치되어 있고, 상기 음의 이축성 위상차층의 지상축이 상기 편광자의 광흡수축과 이루는 각도가 170도 내지 190도의 범위 내에 있는 복합 편광판.
제 1 항의 광학 필름 또는 제 12 항의 복합 편광판을 포함하는 액정 디스플레이.