KR20150082942A - 편광 필름용 조성물, 편광 필름 및 표시 장치 - Google Patents

편광 필름용 조성물, 편광 필름 및 표시 장치 Download PDF

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KR20150082942A
KR20150082942A KR1020140002488A KR20140002488A KR20150082942A KR 20150082942 A KR20150082942 A KR 20150082942A KR 1020140002488 A KR1020140002488 A KR 1020140002488A KR 20140002488 A KR20140002488 A KR 20140002488A KR 20150082942 A KR20150082942 A KR 20150082942A
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polarizing film
dichroic dye
polymer resin
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ultraviolet absorber
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원종훈
김범석
윤성준
정명섭
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삼성전자주식회사
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Abstract

고분자 수지, 400nm 내지 780nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는 적어도 1종의 제1 이색성 염료, 그리고 자외선 흡수제 및 400nm 미만에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는 적어도 1종의 제2 이색성 염료 중 적어도 하나를 포함하는 편광필름용 조성물, 상기 편광필름용 조성물로부터 형성된 편광필름 및 상기 편광필름을 포함하는 표시장치에 관한 것이다.

Description

편광 필름용 조성물, 편광 필름 및 표시 장치{COMPOSITION FOR POLARIZING FILM AND POLARIZING FILM AND DISPLAY DEVICE}
편광 필름용 조성물, 편광 필름 및 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치(liquid crystal display, LCD) 및 유기 발광 표시 장치(organic light emitting diode device, OLED device)와 같은 표시 장치는 표시판의 외측에 부착되어 있는 편광판(polarizing plate)을 구비한다. 편광판은 특정한 방향으로 진동하는 빛만 통과시키고 그 밖의 빛은 흡수 또는 반사함으로써 표시판으로 입사되는 빛 또는 표시판으로부터 나가는 빛의 방향을 제어할 수 있다.
편광판은 일반적으로 편광자와 이를 보호하기 위한 보호층을 포함한다. 편광자는 예컨대 요오드 또는 이색성 염료를 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol, PVA)에 흡착 및 배향하여 사용될 수 있으며 보호층은 예컨대 트리아세틸셀룰로오즈(triacetyl cellulose, TAC)가 사용될 수 있다.
그러나 편광자 및 보호층을 포함하는 편광판은 공정이 복잡하고 생산 비용이 높을 뿐만 아니라 편광판의 두께가 두꺼워져 표시 장치의 두께에도 영향을 미칠 수 있다.
이에 따라 보호층이 필요하지 않은 편광 필름에 대하여 연구되고 있다. 편광 필름은 별도의 보호층을 구비하지 않아 박형 표시 장치를 구현하는데 유리하다.
그러나 편광 필름은 얇은 두께를 가지고 보호층을 구비하지 않은 관계로 자외선 경화가 요구되는 공정에서 자외선을 그대로 통과시킬 수 있다. 이 경우 표시패널이 자외선에 그대로 노출되어 손상될 수 있고, 특히 유기발광표시장치와 같이 유기물이 사용되는 표시패널의 경우 자외선에 의한 유기물 열화를 일으켜 표시 특성 및 수명에 영향을 미칠 수 있다.
일 구현예는 편광 특성에 영향을 미치지 않으면서도 자외선에 의한 손상을 줄일 수 있는 편광필름용 조성물을 제공한다.
다른 구현예는 편광 특성에 영향을 미치지 않으면서도 자외선에 의한 손상을 줄일 수 있는 편광 필름을 제공한다.
또 다른 구현예는 상기 편광 필름을 포함하는 표시 장치를 제공한다.
일 구현예에 따르면, 고분자 수지, 400nm 내지 780nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는 적어도 1종의 제1 이색성 염료, 그리고 자외선 흡수제 및 400nm 미만에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는 적어도 1종의 제2 이색성 염료 중 적어도 하나를 포함하는 편광필름용 조성물을 제공한다.
상기 자외선 흡수제는 약 95 내지 300℃의 용융점을 가질 수 있다.
상기 자외선 흡수제는 벤조트리아졸계 화합물, 트리아진계 화합물, 벤조에이트계 화합물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 자외선 흡수제는 상기 고분자 수지 100 중량부에 대하여 약 0.1 내지 5 중량부로 포함될 수 있다.
상기 제2 이색성 염료는 약 360 내지 400nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가질 수 있다.
상기 제2 이색성 염료는 약 2 내지 14의 이색비를 가질 수 있다.
상기 제2 이색성 염료는 상기 고분자 수지 100 중량부에 대하여 약 0.1 내지 10 중량부로 포함될 수 있다.
상기 고분자 수지는 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리아크릴, 폴리스티렌, 이들의 공중합체 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 고분자 수지는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌테레프탈레이트글리콜(PETG), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 나일론, 이들의 공중합체 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 고분자 수지, 400nm 내지 780nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는 적어도 1종의 제1 이색성 염료, 그리고 자외선 흡수제 및 400nm 미만에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는 적어도 1종의 제2 이색성 염료 중 적어도 하나를 포함하는 편광필름을 제공한다.
상기 자외선 흡수제는 약 95 내지 300℃의 용융점을 가질 수 있다.
상기 자외선 흡수제는 벤조트리아졸계 화합물, 트리아진계 화합물, 벤조에이트계 화합물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 자외선 흡수제는 상기 고분자 수지 100 중량부에 대하여 약 0.1 내지 5 중량부로 포함될 수 있다.
상기 제2 이색성 염료는 약 360 내지 400nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가질 수 있다.
상기 제2 이색성 염료는 약 2 내지 14의 이색비를 가질 수 있다.
상기 제2 이색성 염료는 상기 고분자 수지 100 중량부에 대하여 약 0.1 내지 10 중량부로 포함될 수 있다.
상기 고분자 수지는 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리아크릴, 폴리스티렌, 이들의 공중합체 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 고분자 수지는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌테레프탈레이트글리콜(PETG), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 나일론, 이들의 공중합체 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 편광 필름은 380nm의 파장에서 투과도가 약 25% 이하이고, 400nm 내지 780nm의 파장 영역에서 투과도가 약 40% 이상일 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 편광 필름을 포함하는 표시 장치를 제공한다.
편광 특성에 영향을 미치지 않으면서도 공정 중 노출되는 자외선을 흡수 및/또는 차단하여 표시패널 측으로 자외선이 유입되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라 자외선에 의해 표시패널이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 편광 필름을 도시한 개략도이고,
도 2는 일 구현예에 따른 액정 표시 장치를 도시한 단면도이고,
도 3은 일 구현예에 따른 유기 발광 표시 장치를 도시한 단면도이다.
이하, 본 발명의 구현예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.
본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, '치환된'이란, 화합물 중의 수소 원자가 할로겐 원자(F, Br, Cl 또는 I), C1 내지 C20 알콕시기, 시아노기, 아미노기, C1 내지 C20 에스테르기, C1 내지 C20 알킬기, C2 내지 C20 알케닐기, C2 내지 C20 알키닐기, C1 내지 C20 아릴기, C1 내지 C20 헤테로아릴기 및 이들의 조합에서 선택된 치환기로 치환된 것을 의미한다.
이하 일 구현예에 따른 편광필름용 조성물에 대하여 설명한다.
일 구현예에 따른 편광필름용 조성물은 고분자 수지, 400nm 내지 780nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는 적어도 1종의 제1 이색성 염료, 그리고 자외선 흡수제 및 400nm 미만에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는 적어도 1종의 제2 이색성 염료 중 적어도 하나를 포함한다.
고분자 수지는 예컨대 소수성 고분자 수지일 수 있으며, 예컨대 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 및 이들의 공중합체와 같은 폴리올레핀 수지; 나일론 및 방향족 폴리아미드와 같은 폴리아미드 수지; 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌테레프탈레이트글리콜(PETG) 및 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)와 같은 폴리에스테르 수지; 폴리메틸(메타)아크릴레이트와 같은 폴리아크릴 수지; 폴리스티렌(PS) 및 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체와 같은 폴리스티렌 수지; 폴리카보네이트 수지; 염화비닐계 수지; 폴리이미드 수지; 설폰 수지; 폴리에테르설폰 수지; 폴리에테르-에테르케톤 수지; 폴리페닐렌 설파이드 수지; 비닐알코올 수지; 비닐리덴클로라이드 수지; 비닐부티랄 수지; 알릴레이트 수지; 폴리옥시메틸렌 수지; 에폭시 수지, 이들의 공중합체 또는 이들의 조합일 수 있다.
이 중에서, 고분자 수지는 예컨대 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌테레프탈레이트글리콜(PETG), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 나일론(nylon), 이들의 공중합체 또는 이들의 조합일 수 있다.
고분자 수지는 예컨대 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 공중합체(PE-PP)에서 선택된 적어도 둘의 혼합물일 수 있고, 예컨대 폴리프로필렌(PP) 및 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체(PE-PP)의 혼합물일 수 있다.
상기 폴리프로필렌(PP)은 예컨대 약 0.1g/10min 내지 약 5g/10min의 용융흐름지수(melt flow index, MFI)를 가질 수 있다. 여기서 용융흐름지수(MFI)는 10분당 용융 상태의 고분자가 흘러내리는 양을 나타내는 것으로, 용융 상태의 고분자의 점도와 관련이 있다. 즉 용융흐름지수(MFI)가 작을수록 고분자의 점도가 크고 용융흐름지수(MFI)가 클수록 고분자의 점도가 작음을 알 수 있다. 상기 폴리프로필렌의 용융흐름지수(MFI)가 상기 범위 내인 경우, 가공성을 효과적으로 개선할 수 있으며, 최종 제품의 물성을 효과적으로 향상시킬 수 있다. 구체적으로는 상기 폴리프로필렌은 약 0.5 g/10min 내지 약 5 g/10min의 용융흐름지수(MFI)를 가질 수 있다.
상기 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체(PE-PP)는 상기 공중합체의 총 함량에 대하여 약 1 중량% 내지 약 50 중량%의 에틸렌기를 포함할 수 있다. 상기 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체(PE-PP)에서 에틸렌기의 함량이 상기 범위 내인 경우, 상기 폴리프로필렌과 상기 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체(PE-PP)의 상분리를 효과적으로 방지 내지 완화할 수 있다. 또한, 우수한 광 투과도 및 배향성을 가지면서도 연신할 때 연신율을 증가시킬 수 있어서 개선된 편광 특성을 구현할 수 있다. 구체적으로는 상기 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체(PE-PP)는 상기 공중합체의 총 함량에 대하여 약 1 중량% 내지 약 25 중량%의 에틸렌기를 포함할 수 있다.
상기 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체(PE-PP)는 약 5g/10min 내지 약 15g/10min의 용융흐름지수(MFI)를 가질 수 있다. 상기 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체(PE-PP)의 용융흐름지수(MFI)가 상기 범위 내인 경우, 가공성을 효과적으로 개선할 수 있으며, 최종 제품의 물성을 효과적으로 향상시킬 수 있다. 구체적으로는 상기 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체(PE-PP)는 약 10g/10min 내지 약 15g/10min의 용융흐름지수(MFI)를 가질 수 있다.
고분자 수지는 상기 폴리프로필렌(PP)과 상기 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체(PE-PP)를 약 1:9 내지 약 9:1의 중량비로 포함할 수 있다. 상기 폴리프로필렌(PP)과 상기 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체(PE-PP)가 상기 범위 내로 포함되는 경우, 우수한 기계적 강도를 가지면서도 폴리프로필렌의 결정화를 방지하여 헤이즈 특성을 효과적으로 개선할 수 있다. 구체적으로는 고분자 수지(71)는 상기 폴리프로필렌(PP)과 상기 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체(PE-PP)를 약 4:6 내지 약 6:4의 중량비, 더욱 구체적으로는 약 5:5로 포함할 수 있다.
고분자 수지는 약 1g/10min 내지 약 15g/10min의 용융흐름지수(melt flow index, MFI)를 가질 수 있다. 고분자 수지의 용융흐름지수(MFI)가 상기 범위 내인 경우, 수지 내에 과도한 결정이 형성되지 않아 우수한 광 투과도를 확보할 수 있는 동시에 필름으로 제조하기에 적합한 점도를 가질 수 있어 가공성을 개선할 수 있다. 구체적으로는 고분자 수지는 약 5g/10min 내지 약 15g/10min의 용융흐름지수(MFI)를 가질 수 있다.
고분자 수지는 약 5% 이하의 헤이즈를 가질 수 있다. 고분자 수지가 상기 범위의 헤이즈를 가짐으로써, 투과도가 증가하여 우수한 광학 특성을 가질 수 있다. 구체적으로는 고분자 수지는 약 2% 이하의 헤이즈를 가질 수 있으며, 더욱 구체적으로는 약 0.5% 내지 약 2%의 헤이즈를 가질 수 있다.
고분자 수지는 약 50% 이하의 결정화도를 가질 수 있다. 고분자 수지가 상기 범위의 결정화도를 가짐으로써, 헤이즈를 낮출 수 있어 우수한 광학 특성을 달성할 수 있다. 구체적으로는 고분자 수지는 약 30% 내지 약 50%의 결정화도를 가질 수 있다.
고분자 수지는 약 400 내지 780nm의 파장 영역에서 투과도가 약 85% 이상일 수 있다. 고분자 수지는 일축 방향으로 연신되어 있다. 상기 일축 방향은 후술하는 제1 및 제2 이색성 염료의 길이 방향과 같을 수 있다.
상기 제1 이색성 염료는 주로 가시광선 영역의 빛을 흡수하는 이색성 염료로, 최대 흡수 파장(λmax)이 약 400nm 내지 780nm의 가시광선 영역에 위치한다.
상기 제1 이색성 염료는 고분자 수지에 분산되어 있으며, 고분자 수지의 연신 방향을 따라 일 방향으로 배열되어 있다. 제1 이색성 염료는 소정 파장 영역에 대하여 두 개의 편광 직교 성분 중 하나의 편광 직교 성분만을 투과시킬 수 있다.
상기 제1 이색성 염료는 적어도 1종 이상을 포함할 수 있으며, 예컨대 서로 다른 파장 영역인 제1 파장 영역, 제2 파장 영역 및 제3 파장 영역 중 어느 하나의 파장 영역을 흡수하는 이색성 염료일 수도 있고 제1 파장 영역, 제2 파장 영역 및 제3 파장 영역 중 두 개의 파장 영역을 흡수하는 복수의 이색성 염료일 수도 있고 제1 파장 영역, 제2 파장 영역 및 제3 파장 영역을 흡수하는 복수의 이색성 염료일 수도 있다. 여기서 제1 파장 영역, 제2 파장 영역 및 제3 파장 영역은 단파장 영역, 중파장 영역 및 장파장 영역일 수 있으며, 예컨대 청색(blue) 파장 영역, 녹색(green) 파장 영역 및 적색(red) 파장 영역일 수 있다.
일 예로, 상기 제1 이색성 염료가 적색 파장 영역, 녹색 파장 영역 및 청색 파장 영역을 흡수하는 복수의 이색성 염료인 경우 상기 복수의 이색성 염료를 조합하여 가시광선 전 영역, 즉 약 400nm 내지 780nm에 걸쳐 흡수 파장 영역을 가질 수도 있다.
일 예로, 제1 이색성 염료는 예컨대 약 400nm 내지 약 490nm에서 최대흡수파장을 가지는 적어도 1종의 이색성 염료, 약 490nm 초과 약 580nm 이하에서 최대흡수파장을 가지는 적어도 1종의 이색성 염료 및 약 580nm 초과 약 780nm 이하에서 최대흡수파장을 가지는 적어도 1종의 이색성 염료 중 적어도 2종을 포함할 수 있다. 상기 제1 이색성 염료는 옐로우(yellow) 염료, 마젠타(magenta) 염료 및 시안(cyan) 염료일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 이색성 염료는 상기 고분자 수지와의 용해도 파라미터(solubility parameter) 차이가 약 7.4 미만일 수 있다. 상기 용해도 파라미터는 두 종류 이상의 화합물들의 상호작용(interaction) 정도를 나타내는 수치로, 화합물들 사이의 용해도 파라미터 차이가 적을수록 상호작용이 큰 것을 의미하고 화합물들 사이의 용해도 파라미터 차이가 클수록 상호작용이 적은 것을 의미한다.
상기 용해도 파라미터는 화합물의 구조와 관련되어 있으며, 상기 범위의 용해도 파라미터 차이를 가짐으로써 편광 필름 가공시 상기 고분자 수지와 상기 제1 이색성 염료의 상호작용을 높여 용융 혼합성을 높일 수 있고, 이에 따라 상기 고분자 수지 내에서 제1 이색성 염료들끼리 뭉치는 것을 방지하고 상기 고분자 수지 내에서 상기 제1 이색성 염료가 균일하게 분산될 수 있다.
상기 고분자 수지와 상기 제1 이색성 염료의 용해도 파라미터 차이는 상기 범위 내에서 약 7.0 이하일 수 있고, 그 중에서 약 6.7 이하일 수 있다.
상기 고분자 수지의 용해도 파라미터는 예컨대 약 15 내지 18 일 수 있으며, 이 경우 상기 제1 이색성 염료의 용해도 파라미터는 예컨대 24 미만일 수 있다.
상기 제1 이색성 염료는 최대 흡수 파장(λmax)에서 약 2 내지 14의 이색비를 가질 수 있다.
제1 이색성 염료의 분해온도는 약 245℃ 이상일 수 있다. 여기서 분해온도는 제1 이색성 염료의 중량이 초기 중량 대비 5% 감소하는 지점에서의 온도를 말한다.
상기 제1 이색성 염료는 상기 고분자 수지 100 중량부에 대하여 약 0.01 내지 5 중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함됨으로써 편광 필름으로 형성시 투과도를 저하시키지 않으면서도 충분한 편광 특성을 나타낼 수 있다. 상기 범위 내에서 상기 고분자 수지 100 중량부에 대하여 약 0.05 내지 1 중량부로 포함될 수 있다.
상기 자외선 흡수제는 예컨대 약 400nm 미만의 파장 영역의 자외선을 흡수할 수 있는 물질일 수 있다. 상기 자외선 흡수제는 약 360 내지 400nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가질 수 있다.
상기 자외선 흡수제는 상기 편광필름용 조성물에 포함됨으로써 상기 편광필름용 조성물로부터 만들어진 편광필름에 자외선 영역의 빛이 투과되는 것을 줄이거나 차단할 수 있다. 이에 따라 자외선 경화와 같은 자외선 노출 공정에서 상기 편광필름을 통하여 액정표시패널 및/또는 유기발광표시패널과 같은 표시패널 측으로 자외선이 유입되는 것을 방지할 수 있다.
상기 자외선 흡수제는 상기 파장 영역의 자외선을 흡수할 수 있는 물질 중, 편광 특성에 크게 영향을 미치지 않는 물질 중에서 선택될 수 있다.
일 예로, 상기 자외선 흡수제는 상기 편광필름의 연신 공정의 온도보다 높은 용융점(melting point, mp)을 가질 수 있으며, 예컨대 약 95℃ 이상의 용융점, 예컨대 약 95 내지 300℃의 용융점을 가지는 물질 중에서 선택될 수 있다. 상기 범위의 용융점을 가지는 자외선 흡수제를 사용함으로써 상기 편광필름의 연신 공정 중 열에 의해 분해되어 편광 필름의 편광 특성에 영향을 미치는 것을 줄일 수 있다.
상기 자외선 흡수제는 예컨대 벤조트리아졸계 화합물, 트리아진계 화합물, 벤조에이트계 화합물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 자외선 흡수제는 상기 고분자 수지 100 중량부에 대하여 0.1 내지 5 중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함됨으로써 자외선을 효과적으로 흡수하면서도 편광 필름의 편광 특성에 영향을 미치지 않을 수 있다. 상기 범위 내에서 약 0.1 내지 3 중량부로 포함될 수 있고 그 중에서도 약 0.3 내지 1 중량부로 포함될 수 있다.
상기 제2 이색성 염료는 소정 파장 영역에 대하여 두 개의 편광 직교 성분 중 하나의 편광 직교 성분만을 투과시킬 수 있는 특성을 가지면서 약 400nm 미만의 파장 영역의 자외선을 주로 흡수할 수 있는 물질이다. 상기 제2 이색성 염료는 약 400nm 미만에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가질 수 있고, 예컨대 약 360 내지 400nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가질 수 있다.
상기 제2 이색성 염료는 상기 편광필름용 조성물에 포함됨으로써 상기 편광필름용 조성물로부터 만들어진 편광필름에 자외선 영역의 빛이 투과되는 것을 줄이거나 차단할 수 있다. 이에 따라 자외선 경화와 같은 자외선 노출 공정에서 상기 편광필름을 통하여 액정표시패널 및/또는 유기발광표시패널과 같은 표시패널 측으로 자외선이 유입되는 것을 방지할 수 있다. 또한 상기 제2 이색성 염료는 가시광선 영역의 투과도에 영향을 미치지 않으면서도 편광 특성을 가지므로 편광효율을 저하시키지 않을 수 있다.
상기 제2 이색성 염료는 제1 이색성 염료와 마찬가지로 고분자 수지에 분산되어 있으며, 고분자 수지의 연신 방향을 따라 일 방향으로 배열되어 있다. 상기 제2 이색성 염료는 최대 흡수 파장(λmax)에서 약 2 내지 14의 이색비를 가질 수 있다.
상기 제2 이색성 염료는 상기 고분자 수지 100 중량부에 대하여 약 0.1 내지 10 중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함됨으로써 편광 필름으로 형성시 투과도를 저하시키지 않으면서도 충분한 편광 특성을 나타낼 수 있다. 상기 범위 내에서 상기 고분자 수지 100 중량부에 대하여 약 0.05 내지 8 중량부로 포함될 수 있다.
상기 편광 필름용 조성물은 자외선 흡수제와 제2 이색성 염료 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 예컨대 자외선 흡수제만을 포함하거나 제2 이색성 염료만을 포함하거나 자외선 흡수제와 제2 이색성 염료를 함께 포함할 수 있다.
상기 편광 필름용 조성물은 상기 고분자 수지, 상기 제1 이색성 염료, 그리고 상기 자외선 흡수제 및/또는 제2 이색성 염료를 각각 분말(powder)과 같은 고체 형태로 포함할 수 있다. 상기 편광 필름용 조성물은 예컨대 고형분이 약 90중량% 이상일 수 있으며, 예컨대 용매를 포함하지 않을 수 있다.
상기 편광 필름용 조성물은 상기 고분자 수지의 녹는점(melting point, Tm) 이상의 온도에서 용융 혼합하고 연신하여 편광 필름으로 제조될 수 있다. 예컨대 상기 편광 필름용 조성물을 용융 혼합하는 단계, 상기 용융 혼합물을 몰드에 넣고 가압하여 시트를 제조하는 단계 및 상기 시트를 일축 연신하는 단계에 의해 제조될 수 있다.
상기 용융 혼합하는 단계는 상기 편광 필름용 조성물을 예컨대 약 300℃ 이하, 구체적으로 약 130 내지 300℃에서 용융 혼합할 수 있다.
상기 시트를 제조하는 단계는 상기 몰드에 용융 혼합물을 넣고 고압 프레스기로 가압하거나, 또는 티다이(T-die)를 통해 칠롤(chill roll)에 토출하여 형성할 수 있다.
상기 일축 연신하는 단계는 약 25 내지 200℃의 온도에서 약 400% 내지 약 1000%의 연신율로 연신할 수 있다. 여기서 연신율은 상기 시트의 연신 전 길이와 연신 후 길이의 비율을 말하는 것으로, 일축 연신 후 시트가 늘어난 정도를 의미한다.
이하 상기 편광필름용 조성물로부터 얻어진 편광 필름에 대하여 도면을 참고하여 설명한다.
도 1은 일 구현예에 따른 편광 필름을 도시한 개략도이다.
도 1을 참고하면, 일 구현예에 따른 편광 필름(70)은 고분자 수지(71), 제1 이색성 염료(72), 그리고 자외선 흡수제(도시하지 않음) 및 제2 이색성 염료(73) 중 적어도 하나를 포함한다.
고분자 수지(71)는 일축 방향으로 연신되어 있으며, 상기 일축 방향은 제1 및 제2 이색성 염료(72, 73)의 길이 방향과 같을 수 있다.
제1 및 제2 이색성 염료(72, 73) 및 자외선 흡수제는 고분자 수지(71)에 분산되어 있으며, 제1 및 제2 이색성 염료(72, 73)는 고분자 수지(71)의 연신 방향을 따라 일 방향으로 배열되어 있다. 제1 및 제2 이색성 염료(72, 73)는 소정 파장 영역에 대하여 두 개의 편광 직교 성분 중 하나의 편광 직교 성분만을 투과시킬 수 있다.
고분자 수지(71), 제1 이색성 염료(72), 자외선 흡수제 및 제2 이색성 염료(73)는 각각 전술한 바와 같다.
편광필름(70)은 고분자 수지(71), 제1 및 제2 이색성 염료(72, 73) 및 자외선 흡수제의 용융 혼합물(melt blend)일 수 있다. 상기 용융 혼합물은 전술한 바와 같이 상술한 편광 필름용 조성물을 고분자 수지(71)의 녹는점(Tm) 이상의 온도에서 용융 혼합하여 얻을 수 있다.
편광필름(70)은 가시광선 영역의 최대 흡수 파장(λmax)에서 이색비(dichroic ratio)가 약 2 내지 14 일 수 있다. 상기 범위 내에서 약 3 내지 10 일 수 있다. 여기서 이색비는 고분자의 축(axis)에 수직한 방향의 평면 편광 흡수를 그의 수평한 방향으로의 편광 흡수로 나눈 값으로, 하기 수학식 1에 의해 구해질 수 있다.
[수학식 1]
DR = Log(1/T⊥) / Log(1/T∥)
상기 수학식 1에서,
DR은 편광 필름의 이색비이고,
T∥는 편광 필름의 투과축에 평행으로 입사한 빛에 대한 편광 필름의 광 투과도이고,
T⊥는 편광 필름의 투과축에 수직으로 입사한 빛에 대한 편광 필름의 광 투과도이다.
상기 이색비는 편광필름(70) 내에서 제1 및 제2 이색성 염료(72, 73)가 일 방향으로 나란히 배열되어 있는 정도를 나타낼 수 있으며, 가시광선 파장 영역에서 상기 범위의 이색비를 가짐으로써 고분자 사슬의 배향에 따라 제1 및 제2 이색성 염료(72, 73)의 배향을 유도할 수 있어서 편광 특성을 개선할 수 있다.
편광 필름(70)은 약 80% 이상의 편광 효율을 가질 수 있으며, 상기 범위 내에서 약 83 내지 99.9%의 편광 효율을 가질 수 있다. 여기서 편광 효율은 하기 수학식 2에 의해 구해질 수 있다.
[수학식 2]
PE (%) = [(T∥-T⊥)/(T∥+T⊥)]1/2 ⅹ 100
상기 수학식 2에서,
PE는 편광 효율이고,
T∥는 편광 필름의 투과축에 평행으로 입사한 빛에 대한 편광 필름의 투과도이고,
T⊥는 편광 필름의 투과축에 수직으로 입사한 빛에 대한 편광 필름의 투과도이다.
편광 필름(70)은 약 400nm 내지 780nm의 가시광선 영역에서 약 40% 이상의 투과도를 가질 수 있으며, 상기 범위 내에서 약 42% 내지 95%의 투과도를 가질 수 있다. 상기 범위의 광 투과도를 가짐으로써 표시 장치의 일면에 적용시 표시 장치 내에서 나오는 광의 방출을 방해하지 않을 수 있다.
편광 필름(70)은 약 100㎛ 이하의 비교적 얇은 두께를 가질 수 있으며, 예컨대 약 30㎛ 내지 약 95㎛의 두께를 가질 수 있다. 상기 범위의 두께를 가짐으로써 트리아세틸셀룰로오즈(TAC)와 같은 보호층이 요구되는 편광판과 비교하여 두께를 크게 줄일 수 있고 이에 따라 박형 표시 장치를 구현할 수 있다.
상기 편광 필름은 다양한 표시 장치에 적용될 수 있다.
상기 표시 장치는 액정 표시 장치일 수 있다.
도 2는 일 구현예에 따른 액정 표시 장치를 도시한 단면도이다.
도 2를 참고하면, 액정 표시 장치는 액정 표시 패널(10) 및 상기 액정 표시 패널(10)의 하부 및 상부에 위치하는 편광 필름(20)을 포함한다.
액정 표시 패널(10)은 트위스트 네마틱(twist nematic, TN) 모드, 수직 배향(patterned vertical alignment, PVA) 모드, 평면 정렬 스위칭(in plane switching, IPS) 모드, OCB(optically compensated bend) 모드 등일 수 있다.
액정 표시 패널(10)은 제1 표시판(100), 제2 표시판(200) 및 제1 표시판(100)과 제2 표시판(200) 사이에 개재되어 있는 액정층(300)을 포함한다.
제1 표시판(100)은 예컨대 기판(도시하지 않음) 위에 형성되어 있는 박막 트랜지스터(도시하지 않음) 및 이에 연결되어 있는 제1 전기장 생성 전극(도시하지 않음)을 포함할 수 있고, 제2 표시판(200)은 예컨대 기판(도시하지 않음) 위에 형성되어 있는 색 필터(도시하지 않음) 및 제2 전기장 생성 전극(도시하지 않음)을 포함할 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고 색 필터가 제1 표시판(100)에 포함될 수도 있고, 제1 전기장 생성 전극과 제2 전기장 생성 전극이 제1 표시판(100)에 함께 위치할 수도 있다.
액정층(300)은 복수의 액정 분자를 포함할 수 있다. 액정 분자는 양 또는 음의 유전율 이방성을 가질 수 있다. 액정 분자가 양의 유전율 이방성을 가지는 경우 전기장이 없는 상태에서 그 장축이 제1 표시판(100)과 제2 표시판(200)의 표면에 대하여 거의 평행을 이루도록 배향되고 전기장이 인가된 상태에서 그 장축이 제1 표시판(100)과 제2 표시판(200)의 표면에 대하여 거의 수직을 이루도록 배향될 수 있다. 이와 반대로, 액정 분자가 음의 유전율 이방성을 가지는 경우 전기장이 없는 상태에서 그 장축이 제1 표시판(100)과 제2 표시판(200)의 표면에 대하여 거의 수직하게 배향되고 전기장이 인가된 상태에서 그 장축이 제1 표시판(100)과 제2 표시판(200)의 표면에 대하여 거의 평행하게 배향될 수 있다.
편광필름(20)은 액정 표시 패널(10)의 외측에 위치하며, 도면에는 액정 표시 패널(10)의 하부 및 상부에 각각 형성된 것으로 도시하였지만 이에 한정되지 않고 액정 표시 패널(10)의 하부 및 상부 중 어느 하나에만 형성될 수도 있다.
편광필름(20)은 전술한 바와 같다.
상기 표시 장치는 유기 발광 표시 장치일 수 있다.
도 3은 일 구현예에 따른 유기 발광 표시 장치를 도시한 단면도이다.
도 3을 참고하면, 일 구현예에 따른 유기 발광 표시 장치는 베이스 기판(410), 하부 전극(420), 유기 발광층(430), 상부 전극(440), 봉지 기판(450), 보상 필름(460) 및 편광 필름(470)을 포함한다.
베이스 기판(410)은 유리 또는 플라스틱으로 만들어질 수 있다.
하부 전극(420) 및 상부 전극(440) 중 하나는 애노드(anode)이고 다른 하나는 캐소드(cathode)일 수 있다. 애노드는 정공(hole)이 주입되는 전극으로, 일 함수(work function)가 높고 발광된 빛이 외부로 나올 수 있는 투명 도전 물질로 만들어질 수 있으며 예컨대 ITO 또는 IZO 일 수 있다. 캐소드는 전자(electrode)가 주입되는 전극으로, 일 함수가 낮고 유기 물질에 영향을 미치지 않는 도전 물질로 만들어질 수 있으며 예컨대 알루미늄(Al), 칼슘(Ca) 및 바륨(Ba)에서 선택될 수 있다.
유기 발광층(430)은 하부 전극(420)과 상부 전극(440)에 전압이 인가되었을 때 빛을 낼 수 있는 유기 물질을 포함한다.
하부 전극(420)과 유기 발광층(430) 사이 및 상부 전극(440)과 유기 발광층(430) 사이에는 부대층(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다. 부대층은 전자와 정공의 균형을 맞추기 위한 정공 전달층(hole transporting layer), 정공 주입층(hole injecting layer), 전자 주입층(electron injecting layer) 및 전자 전달층(electron transporting layer)을 포함할 수 있다.
봉지 기판(450)은 유리, 금속 또는 고분자로 만들어질 수 있으며, 하부 전극(420), 유기 발광층(430) 및 상부 전극(440)을 봉지하여 외부로부터 수분 및/또는 산소가 유입되는 것을 방지할 수 있다.
보상 필름(460)은 편광 필름(470)을 통과한 빛을 원편광시켜 위상차를 발생시킬 수 있으며 빛의 반사, 흡수에 영향을 미칠 수 있다. 보상 필름(460)은 예컨대 λ/4 플레이트와 같은 위상차 필름일 수 있으며, 경우에 따라 생략될 수 있다.
편광 필름(470)은 빛이 나오는 측에 배치될 수 있다. 예컨대 베이스 기판(410) 측으로 빛이 나오는 배면 발광(bottom emission) 구조인 경우 베이스 기판(410)의 외측에 배치될 수 있고, 봉지 기판(450) 측으로 빛이 나오는 전면 발광(top emission) 구조인 경우 봉지 기판(450)의 외측에 배치될 수 있다.
편광 필름(470)은 전술한 바와 같다.
보상 필름(460)과 편광 필름(470)은 유기 발광 표시 장치의 화면부 측에 배치되어 외부로부터 유입되는 광의 반사를 방지하는 반사방지 필름으로 사용될 수 있다. 상기 반사방지 필름은 외부로부터 유입되는 광에 의한 시인성 저하를 방지할 수 있다.
이하 실시예를 통하여 상술한 본 발명의 구현예를 보다 상세하게 설명한다. 다만 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
실시예 1
폴리프로필렌(PP)과 폴리프로필렌-폴레에틸렌 공중합체(PP-PE)를 5:5(w/w)으로 포함한 고분자 수지(용해도 파라미터: 16.6)와 상기 고분자 수지 100 중량부에 대하여 하기 표 1에 기재된 3종의 제1 이색성 염료 0.5 중량부, 표 2에 기재된 자외선 흡수제 1.0 중량부를 혼합한 편광필름용 조성물을 준비한다.
상기 편광필름용 조성물을 약 250℃에서 DSM사 Micro-compounder를 사용하여 용융 혼합한다. 상기 용융 혼합물(Melt Blend)을 시트 모양의 몰드에 넣은 후 고온 고압 프레스로 가압하여 필름을 제조한다. 이어서 115℃에서 상기 필름을 1000% 배율로 일축 연신(Instron사 인장시험기 사용)하여 편광 필름을 제조한다.
[표 1]
Figure pat00001
[표 2]
Figure pat00002

실시예 2
표 2에 기재된 자외선 흡수제 대신 표 3에 기재된 제2 이색성 염료 1.0 중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 편광필름을 제조한다.
[표 3]
Figure pat00003

실시예 3
표 2에 기재된 자외선 흡수제 1.0 중량부와 표 3에 기재된 제2 이색성 염료 0.3 중량부를 함께 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 편광필름을 제조한다.
실시예 4
표 2에 기재된 자외선 흡수제 1.0 중량부와 표 3에 기재된 제2 이색성 염료 0.6 중량부를 함께 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 편광필름을 제조한다.
실시예 5
표 2에 기재된 자외선 흡수제 1.0 중량부와 표 3에 기재된 제2 이색성 염료 1.0 중량부를 함께 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 편광필름을 제조한다.
실시예 6
표 2에 기재된 자외선 흡수제 1.0 중량부와 표 3에 기재된 제2 이색성 염료 2.0 중량부를 함께 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 편광필름을 제조한다.
실시예 7
표 2에 기재된 자외선 흡수제 1.0 중량부와 표 3에 기재된 제2 이색성 염료 4.0 중량부를 함께 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 편광필름을 제조한다.
실시예 8
표 2에 기재된 자외선 흡수제 1.0 중량부와 표 3에 기재된 제2 이색성 염료 6.5 중량부를 함께 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 편광필름을 제조한다.
실시예 9
표 2에 기재된 자외선 흡수제 2.0 중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 편광필름을 제조한다.
실시예 10
표 2에 기재된 자외선 흡수제 3.0 중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 편광필름을 제조한다.
실시예 11
표 2에 기재된 자외선 흡수제 4.0 중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 편광필름을 제조한다.
비교예 1
표 2에 기재된 자외선 흡수제를 포함하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 편광필름을 제조한다.
평가
실시예 1 내지 11과 비교예 1에 따른 편광필름의 가시광선 영역과 자외선 영역에서의 투과도 및 편광효율을 평가한다.
투과도는 편광 필름의 투과축에 평행하게 입사한 빛에 대한 편광 필름의 광투과도와 편광 필름의 투과축에 수직으로 입사한 빛에 대한 편광 필름의 광 투과도를 각각 측정하며, UV-VIS spectrophotometer(JASCO, V-7100)를 사용하여 측정한다.
상기 측정한 투과도를 사용하여 편광 효율(polarizing efficiency, PE)을 구한다.
편광 효율은 하기 수학식 2에 의하여 구한다.
[수학식 2]
PE (%) = [(T∥-T⊥)/(T∥+T⊥)]1/2 ⅹ 100
상기 수학식 2에서,
PE는 편광 효율이고,
T∥는 편광 필름의 투과축에 평행으로 입사한 빛에 대한 편광 필름의 투과도이고,
T⊥는 편광 필름의 투과축에 수직으로 입사한 빛에 대한 편광 필름의 투과도이다.
그 결과는 표 4와 같다.
[표 4]
Figure pat00004
표 4를 참고하면, 실시예 1 내지 11에 따른 편광필름은 비교예 1에 따른 편광필름과 비교하여 유사한 정도의 가시광선 투과도 및 편광 효율을 가지면서도 380nm의 자외선 파장영역에서 자외선 투과도를 크게 감소시키는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로 실시예 1 내지 11에 따른 편광필름은 400nm 내지 780nm의 가시광선 파장 영역에서 투과도가 40% 이상이면서 380nm의 자외선 파장영역에서 투과도가 25% 이하를 만족하는 것을 확인할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
70: 편광필름
71: 고분자 수지
72: 제1 이색성 염료
73: 제2 이색성 염료

Claims (20)

  1. 고분자 수지,
    400nm 내지 780nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는 적어도 1종의 제1 이색성 염료, 그리고
    자외선 흡수제 및 400nm 미만에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는 적어도 1종의 제2 이색성 염료 중 적어도 하나
    를 포함하는 편광필름용 조성물.
  2. 제1항에서,
    상기 자외선 흡수제는 95 내지 300℃의 용융점을 가지는 편광필름용 조성물.
  3. 제1항에서,
    상기 자외선 흡수제는 벤조트리아졸계 화합물, 트리아진계 화합물, 벤조에이트계 화합물 또는 이들의 조합을 포함하는 편광필름용 조성물.
  4. 제1항에서,
    상기 자외선 흡수제는 상기 고분자 수지 100 중량부에 대하여 0.1 내지 5 중량부로 포함되어 있는 편광필름용 조성물.
  5. 제1항에서,
    상기 제2 이색성 염료는 360 내지 400nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는 편광필름용 조성물.
  6. 제1항에서,
    상기 제2 이색성 염료는 최대 흡수 파장(λmax)에서 2 내지 14의 이색비를 가지는 편광필름용 조성물.
  7. 제1항에서,
    상기 제2 이색성 염료는 상기 고분자 수지 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부로 포함되어 있는 편광필름용 조성물.
  8. 제1항에서,
    상기 고분자 수지는 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리아크릴, 폴리스티렌, 이들의 공중합체 또는 이들의 조합을 포함하는 편광필름용 조성물.
  9. 제8항에서,
    상기 고분자 수지는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌테레프탈레이트글리콜(PETG), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 나일론, 이들의 공중합체 또는 이들의 조합을 포함하는 편광필름용 조성물.
  10. 고분자 수지,
    400nm 내지 780nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는 적어도 1종의 제1 이색성 염료, 그리고
    자외선 흡수제 및 400nm 미만에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는 적어도 1종의 제2 이색성 염료 중 적어도 하나
    를 포함하는 편광필름.
  11. 제10항에서,
    상기 자외선 흡수제는 95 내지 300℃의 용융점을 가지는 편광필름.
  12. 제10항에서,
    상기 자외선 흡수제는 벤조트리아졸계 화합물, 트리아진계 화합물, 벤조에이트계 화합물 또는 이들의 조합을 포함하는 편광필름.
  13. 제10항에서,
    상기 자외선 흡수제는 상기 고분자 수지 100 중량부에 대하여 0.1 내지 5 중량부로 포함되어 있는 편광필름.
  14. 제10항에서,
    상기 제2 이색성 염료는 360 내지 400nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는 편광필름.
  15. 제10항에서,
    상기 제2 이색성 염료는 2 내지 14의 이색비를 가지는 편광필름.
  16. 제10항에서,
    상기 제2 이색성 염료는 상기 고분자 수지 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부로 포함되어 있는 편광필름.
  17. 제1항에서,
    상기 고분자 수지는 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리아크릴, 폴리스티렌, 이들의 공중합체 또는 이들의 조합을 포함하는 편광필름.
  18. 제17항에서,
    상기 고분자 수지는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌테레프탈레이트글리콜(PETG), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 나일론, 이들의 공중합체 또는 이들의 조합을 포함하는 편광필름.
  19. 제10항에서,
    380nm의 파장에서 투과도가 25% 이하이고
    400nm 내지 780nm의 파장 영역에서 투과도가 40% 이상인
    편광 필름.
  20. 제10항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 편광 필름을 포함하는 표시 장치.


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