KR20160109525A - 위상차 필름, 편광판 및 이를 포함하는 화상 표시 장치 - Google Patents

위상차 필름, 편광판 및 이를 포함하는 화상 표시 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 위상차 필름에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발명은 네가티브 A 플레이트 및 네가티브 B 플레이트의 적층체를 포함함으로써, 휘도 및 색도가 개선된 위상차 필름 및 그 위상차 필름을 포함하여 정면에서뿐만 아니라 사면에서도 보상 성능이 우수한 편광판 및 이를 포함하는 화상 표시 장치에 관한 것이다.

Description

위상차 필름, 편광판 및 이를 포함하는 화상 표시 장치{A RETARDATION FILM, A POLARIZING PLATE AND A DISPLAY DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 위상차 필름, 편광판 및 이를 포함하는 화상 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정면 및 사면 보상 성능이 우수한 위상차 필름, 편광판 및 이를 포함하는 화상 표시 장치에 관한 것이다.
종래 CRT 모니터가 주종을 이루던 화상 표시 장치는 최근 그 기술이 비약적으로 발전하여 LCD, OLED, 전자종이 등 더 넓고 가벼우며 심지어 구부릴 수도 있는 화상 표시 장치들이 속속 소개되고 있다.
화상 표시 장치 중에서 가장 보편적인 액정 표시 장치는, 종래부터 알려져 있는 TN(Twisted　Nematic)형, STN(Super　Twisted　Nematic)형, VA(Vertical　Alig㎚ent)형 등의 액정 셀을 갖는 액정 표시 장치 외에, IPS(In-Plane　Switching)형이나 FFS(Fringe Field Switching)형 등의, 대향 배치된 한 쌍의 기판의 편측에만 전극을 형성하여, 기판과 평행 방향으로 전계를 발생하는 횡전계 방식의 액정 표시 장치를 포함하는 것이 알려져 있다. 이 횡전계 방식의 액정 표시 장치는, 양기판에 전극을 형성하여 기판과 수직 방향으로 전계를 발생하는 종래의 종전계 방식의 액정 표시 장치와 비교해 보다 넓은 시야각 특성을 갖고, 또한 고품위의 표시가 가능하다는 것이 알려져 있다. 횡전계 방식의 액정 표시 장치는, 액정 분자가 기판과 평행한 방향으로만 전계 응답하기 때문에, 액정 분자의 장축 방향의 굴절률 변화가 문제가 되지 않아, 시각을 바꾼 경우라도, 관찰자에게 시인(視認)되는 콘트라스트 및 표시색의 농담의 변화가 적어, 따라서 시각에 관계없이 고품위의 표시가 가능해진다.
한편, 액정 셀을 구비하는 화상 표시 장치에서는 표시의 발색 시프트의 해소, 시야각 의존성의 해소 등의 목적 때문에, 위상차 필름이 이용되고 있다.
이러한 위상차 필름은, 플라스틱 필름의 연신 공정을 이용하는 방법 또는 기판 상에서 중합성 액정을 중합(경화)하는 방법 등에 의해 제조되고 있다. 하지만, 연신된 필름의 경우에는 광축 및 굴절률비의 조절이 어려워 명암비가 좋지 않은 문제점이 있고, 중합성 액정을 경화된 필름의 경우에는 제조공정이 복잡하며 위상차의 파장 분산성이 좋지 않아 색도와 휘도가 저하되는 문제점이 있다.
이러한 문제들을 해결하기 위해 한국공개특허 제2003-089500호에서는 편광자 하부에 중합되거나 유리화된 이방성 물질을 각각 포함하는 반파장 필름 및 사분파장 필름이 구비된 편광판이 제안된 바 있었다. 이 편광판을 액정표시장치(LCD), 유기발광 다이오드(OLED) 등의 화상표시장치에 사용하면 정면 방향에서의 반사 방지 효과는 우수하였으나 경사 방향에서의 반사 방지 효과는 여전히 떨어지는 한계가 있었다.
한국공개특허 제2003-089500호
본 발명은 위상차의 최적화 설계에 의해 휘도 및 색도를 개선할 수 있는 위상차 필름 및 이를 구비한 편광판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 전술한 편광판을 포함하는 화상 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
1. 네가티브 A 플레이트 및 네가티브 B 플레이트의 적층체를 포함하는 위상차 필름.
2. 위 1에 있어서, 상기 네가티브 A 플레이트의 굴절률비(Nz)는 -0.1 내지 0.1인, 위상차 필름.
3. 위 1에 있어서, 상기 네가티브 A 플레이트의 두께 방향 위상차값(Rth)이 -100 내지 -20nm인 위상차 필름.
4. 위 1에 있어서, 상기 네가티브 A 플레이트의 두께 방향 위상차값(Rth)은 -70 내지 -40nm인 위상차 필름.
5. 위 1에 있어서, 상기 네가티브 B 플레이트의 굴절률비(Nz)는 1초과 내지 5 이하인, 위상차 필름.
6. 위 1에 있어서, 상기 네가티브 B 플레이트의 두께 방향 위상차값(Rth)이 50 내지 150nm인 위상차 필름.
7. 위 1에 있어서, 상기 네가티브 B 플레이트의 두께 방향 위상차값(Rth)은 80 내지 130nm인 위상차 필름.
8. 위 1에 있어서, 상기 네가티브 A 플레이트와 네가티브 B 플레이트의 광축은 서로 평행한, 위상차 필름.
9. 위 1 에 있어서, 상기 네가티브 A 플레이트와 네가티브 B 플레이트의 광축은 서로 수직인, 위상차 필름.
10. 위 1에 있어서, 상기 적층체는 네가티브 A 플레이트(A1)/네가티브 B 플레이트/ 네가티브 A 플레이트(A2)의 적층구조를 포함하는, 위상차 필름.
11. 위 10에 있어서, 상기 A1과 A2는 광축이 서로 수직인, 위상차 필름.
12. 편광자 및 상기 편광자의 적어도 일면에 접착된 청구항 1 내지 11 중 어느 한 항의 위상차 필름을 포함하는 편광판.
13. 위 12의 편광판을 포함하는 HA 모드용 화상 표시 장치.
14. 위 12에 있어서, 상기 편광판은 편광자로부터 액정셀 방향으로 네가티브 A 플레이트(A1)/네가티브 B 플레이트/ 네가티브 A 플레이트(A2) 순서로 적층된 위상차 필름을 포함하고, 상기 A2의 광축은 액정셀의 액정 배향 방향과 수직인, 화상 표시 장치.
15. 위 13에 있어서, HA 모드는 IPS 모드 또는 FFS 모드인 화상 표시 장치.
본 발명의 위상차 필름은 위상차의 최적화 설계에 의해 휘도 및 색도를 개선할 수 있으며, 특히 정면에서뿐만 아니라 사면에서도 우수한 보상 성능을 갖는다.
본 발명의 편광판은 본 발명에 따른 위상차 필름을 구비하여 편광 및 보상 기능을 동시에 구현할 수 있으며, 전술한 본 발명에 따른 위상차층의 기능을 그대로 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 위상차 필름의 개략적인 단면도를 도시한 도면이다.
도2는 본 발명의 다른 일 구현예에 따른 위상차 필름의 개략적인 단면도를 도시한 도면이다.
도3은 본 발명의 일 구현예에 따른 화상 표시 장치의 개략적인 단면도를 도시한 도면이다.
도 4는 굴절률(nx, ny, nz)의 방향(x, y, z)의 관계를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1의 contour를 도시한 그래프이다.
도 6는 본 발명의 실시예 2의 contour를 도시한 그래프이다.
도 7은 비교예 1의 contour를 도시한 그래프이다.
도 8은 비교예 2의 contour를 도시한 그래프이다.
도 9는 실시예 및 비교예의 theta(°)값에 따른 Lb값의 관계를 도시한 그래프이다.
본 발명은 네가티브 A 플레이트 및 네가티브 B 플레이트의 적층체를 포함함으로써, 휘도 및 색도가 개선된 위상차 필름 및 그 위상차 필름을 포함하여 정면에서뿐만 아니라 사면에서도 보상 성능이 우수한 편광판 및 이를 포함하는 화상 표시 장치에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 굴절률비(Nz)는 하기 수학식 1로 정의된다:
Figure pat00001
식 중, nx, ny는 필름의 면상 굴절률로서 면상 굴절율이 최대가 되는 진동 방향을 x라고 할 때, 이 방향으로 진동하는 빛에 의한 굴절율을 nx라고 하고, nx와 ny는 서로 수직을 이루고 nx ≥ ny이며, nz는 nx와 ny에 의해 정의되는 평면에 수직 방향(필름의 두께 방향) 굴절률을 나타낸다. nx, ny, nz의 방향 관계에 대해서는 도 4에 개략적으로 도시하였다.
상기 수학식 1에 있어서, Rth는 면내 평균굴절률에 대한 두께방향의 굴절률의 차이를 나타낸 두께 방향 위상차값으로서 하기 수학식 2로 정의되며, Ro는 빛이 필름의 법선방향(수직방향)을 통과했을 때 실질적인 위상차인 정면 위상차값으로서 하기 수학식 3으로 정의된다.
Figure pat00002
식 중, nx, ny는 필름의 면상 굴절률로서 면상 굴절율이 최대가 되는 진동 방향을 x라고 할 때, 이 방향으로 진동하는 빛에 의한 굴절율을 nx라고 하고, nx와 ny는 서로 수직을 이루고 nx ≥ ny이며, nz는 nx와 ny에 의해 정의되는 평면에 수직 방향(필름의 두께 방향) 굴절률을 나타내며, d는 필름의 두께를 나타낸다.
Figure pat00003
식 중, nx, ny는 필름의 면상 굴절률로서 면상 굴절율이 최대가 되는 진동 방향을 x라고 할 때, 이 방향으로 진동하는 빛에 의한 굴절율을 nx라고 하고, nx와 ny는 서로 수직을 이루고 nx ≥ ny이며, d는 필름의 두께를 나타낸다.
또한, 통상적으로 위상차의 플레이트 종류는 1) 빛이 특정 방향으로 진행할 때, 그 진행 방향 상의 모든 진동 방향의 굴절률이 모두 동일하여, 그 진행 방향으로 진행하는 빛의 위상차가 존재하지 않는 빛의 진행방향인 광축이 면내방향으로 존재하는 경우는 A 플레이트; 2) 광축이 면의 수직방향으로 존재하는 경우는 C 플레이트; 및 3) 광축이 두 개 존재할 때는 B 플레이트라고 한다. 이를 더 구체적으로 구분하면 다음과 같다.
(1) Nz = -∞ : +C 플레이트(POSITIVE C PLATE), nz>nx=ny
(2) Nz < 0 : +B 플레이트(POSITIVE B PLATE), nz>nx>ny
(3) Nz = 0 : -A 플레이트(NEGATIVE A PLATE), nx=nz>ny
(4) 0 < Nz < 1 : Z축 배향 필름, nx>nz>ny
(5) Nz = 1 : +A 플레이트(POSITIVE A PLATE), nx>ny=nz
(6) 1 < Nz : -B 플레이트(NEGATIVE B PLATE), nx>ny>nz
(7) Nz = ∞ : -C 플레이트(NEGATIVE C PLATE), nx=ny>nz
그러나, 상기와 같은 정의는 이론적인 것으로서, 상기 정의에 완벽하게 일치하는 A 플레이트, B 플레이트 및 C 플레이트를 만드는 것은 실제적으로는 매우 어렵다. 따라서, 통상적으로는 필요에 따라 상기 정의를 크게 벗어나지 않는 범위 내에서 굴절률비, 정면 위상차 등의 값을 일정한 범위로 설정하여 구분한다.
이러한 측면에서, 본 발명에 있어서는 굴절률비(Nz)가 -0.1 내지 0.1인 경우도 네가티브 A 플레이트로, 굴절률비(Nz)가 1초과 내지 5 이하인 경우도 네가티브 B 플레이트로 판단하도록 한다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 도면을 참고하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 구현예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
< 위상차 필름 >
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 위상차 필름(100)의 단면도를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 위상차 필름(100)은 네가티브 A 플레이트(10) 및 네가티브 B 플레이트(20)의 적층체를 포함한다.
네가티브 A 플레이트
본 발명의 위상차 필름(100)은 네가티브 A 플레이트(10)를 구비하는데, 그 굴절률비(Nz)가 -0.1 내지 0.1이며 두께 방향 위상차값(Rth)이 -100 내지 -20nm 일 수 있고, 보다 바람직하게는, 두께 방향 위상차값(Rth)은 -70 내지 -40nm일 수 있다. 네가티브 A 플레이트(10)의 굴절률비가 상기 범위를 벗어나거나, 두께 방향 위상차값이 -100nm 미만 또는 -20nm 초과이면, 경사면에서의 Φ(Phi) = 45°,θ(Theta) = 60°에서 위상의 지연이 선편광이 아닌 타원편광으로 위상 보상이 이루어지지 않아 휘도 성능이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
참고로, Φ(Phi) = 45°,θ(Theta) = 60°는 하부 편광판와 상부의 편광판의 흡수축이 서로 수직한 경우 백라이트 유닛의 휘도 분포와 더해져 가장 빛샘이 많은 방향으로서, 경사면의 빛샘 여부 판단 기준이 되는 각도이다.
네가티브 A 플레이트(10)는 연신된 필름이거나 디스코틱 액정 등의 재료를 배향시켜 코팅한 필름일 수 있다. 디스코틱 액정의 코팅은 반응성 메조겐을 용매 내에 혼합한 혼합물을 배향 기저막에 코팅함으로써 형성할 수 있다. 반응성 메조겐은 액정성을 나타내는 모노머 또는 올리고머인 메조겐과 이의 양측에 각각 결합된 중합가능한 말단기들을 포함할 수 있다. 상기 말단기들은 아크릴레이트(acrylate), 메타크릴레이트(methacrylate), 비닐(vinyl), 비닐옥시(vinyloxy) 또는 에폭시(epoxy)일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
디스코틱 액정을 배향시켜 코팅함으로써 네가티브 A플레이트를 제조하는 것이 연신의 방법으로 네가티브 A플레이트를 제조할 경우보다 공정상의 한계를 줄일 수 있고, 보다 정밀한 위상차 보상 및 조절이 가능하므로 바람직하다.
네가티브 B 플레이트
본 발명의 위상차 필름(100)은 네가티브 A 플레이트(10) 및 네가티브 B 플레이트(20)를 구비하는데, 네가티브 B 플레이트(20)의 굴절률비(Nz)가 1초과 내지 5 이하이며 두께 방향 위상차값(Rth)이 50 내지 150nm일 수 있고, 보다 바람직하게는, 두께 방향 위상차값(Rth)은 은 80 내지 130 nm일 수 있다. 네가티브 B 플레이트(20)의 굴절률비가 1 이하 또는 5초과이거나, 두께 방향 위상차값이 50nm 미만 또는 150nm 초과이면, 정면과 사면의 동시 보상성이 저하되는 문제가 있다.
네가티브 B 플레이트(20)도 네가티브 A 플레이트(10)의 경우와 같이 연신 필름이거나 디스코틱 액정 등의 재료를 배향시켜 코팅한 필름일 수 있다. 다만, 본 발명의 네가티브 B 플레이트(20)는 특정한 굴절률비를 갖는 고분자 필름을 연신하여 제조하는 것이 더 바람직하다.
본 발명의 위상차 필름(100)에 있어서, 네가티브 B 플레이트(20)은 당분야에서 위상차층으로 사용되는 소재로서 본 발명의 특정한 굴절률비를 갖는 소재라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 예를 들면, 연신된 고분자 필름층 또는 중합성 액정을 기재에 도포한 후 경화시킨 코팅층일 수 있다. 보다 구체적인 예시로서, 연신된 고분자 필름층의 경우에는 트리아세틸셀룰로오스(TAC)계, 폴리카보네이트(PC)계, 폴리메틸(메타)아크릴레이트계, 폴리에틸렌테레프탈레이트계 또는 사이클로올레핀(COP)계 고분자층일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 코팅층의 경우에는 반응성 메조겐이 경화된 층일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이 본 발명의 위상차 필름(100)은 특정한 굴절률비(Nz) 범위 및 두께 방향 위상차값(Rth)의 범위를 갖는 네가티브 A 플레이트(10) 및 네가티브 B 플레이트(20)를 구비함으로써 분산 특성이 개선되어 휘도 및 색도를 개선할 수 있으며, 특히 정면에서뿐만 아니라 사면에서도 보상 성능이 우수한 효과를 갖는다.
본 발명의 일 측면에서, 필요에 따라, 네가티브 A 플레이트(10)과 다른 층과의 접착력을 향상시키기 위해, 네가티브 A 플레이트(10)의 적어도 일면에 프라이머층을 더 구비할 수 있다. 프라이머층은 당분야에서 통상적으로 사용되는 프라이머층을 특별한 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들면 수계 수지를 포함하는 층일 수 있다. 수계 수지로는 예를 들면, 우레탄 수지, 폴리에스테르 수지 및 이들 각각의 에멀젼 등을 들 수 있으며, 바람직하게는 수계 우레탄 수지일 수 있다.
보다 상세하게는 일본공개특허 제2010-176022호에 기재된 프라이머층을 본 발명에 적용할 수 있다. 이를 위해 일본공개특허 제2010-176022호에 기재된 프라이머층에 관한 내용을 본 발명에서 그대로 원용한다.
바람직하게는, 네가티브 B 플레이트(20)이 연신된 필름층인 경우에 네가티브 B 플레이트(20) 상에 직접 네가티브 A 플레이트(10)이 형성될 수 있으며, 보다 바람직하게는 네가티브 A 플레이트(10)와 연신된 필름층인 네가티브 B 플레이트(20) 사이에 프라이머층이 개재될 수 있다.
바람직하게는, 프라이머층과 접촉하는 네가티브 B 플레이트(20)의 표면에는 접착성을 더욱 향상시키기 위해 표면 개질 처리를 할 수 있다. 표면 개질 처리로는 에너지 선 조사 처리 또는 약품 처리 등을 들 수 있다. 에너지 선 조사 처리로는 코로나 처리, 플라즈마 처리, 전자선 조사 처리, 자외선 조사 처리 등을 들 수 있으며, 약품 처리로는 검화 처리 및 중크롬산 칼륨 용액, 황산 등의 산화제 수용액에 침지하고 물로 세척하는 산화제 처리 등을 들 수 있다.
본 발명의 위상차 필름(100)에 있어서, 네가티브 B 플레이트(20)은 본 발명에 따른 특정한 굴절률비를 만족하기만 한다면, 그 위상차 파장 분산성은 제한없이 가질 수 있다. 따라서, 네가티브 B 플레이트(20)은 정분산, 등분산 또는 역분산의 위상차 파장 분산성을 가질 수 있다. 바람직하게는 그 위상차 파장 분산성의 기울기 a가 -0.001 이상이며, 보다 바람직하게는 a가 0 또는 양의 수이다(정분산 또는 역분산). a는 하기 수학식 4에 따라 구할 수 있다.
Figure pat00004
또한, 네가티브 B 플레이트(20)은 전술한 특정한 굴절률비 범위 외에 정면 위상차값 (Ro)이 80 내지 150nm일 수 있으며, 바람직하게는 정면 위상차값 (Ro)이 100 내지 130nm일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 있어서, 본 발명의 위상차 필름(100)은 편광자로부터 네가티브 A 플레이트(10) 및 네가티브 B 플레이트(20)의 순으로 적층되어 형성될 수 있다.
또한 본 발명의 다른 측면에 있어서, 본 발명의 위상차 필름(110)은 도 2에 도시된 바와 같이, 네가티브 A 플레이트(A1,10)/네가티브 B 플레이트(20)/ 네가티브 A 플레이트(A2,30)의 적층구조를 포함할 수 있다. 네가티브 A 플레이트(A2,30)는 네가티브 B 플레이트(20)를 기준으로 네가티브 A 플레이트(A1,10)의 반대측에 적층되어 휘도 및 색도의 개선효과를 극대화 할 수 있다.
본 발명에 따른 네가티브 A 플레이트(A2,30)는 전술한 네가티브 A 플레이트(A1,10)와 동일할 수 있다.
본 발명의 네가티브 A 플레이트(10)와 네가티브 B 플레이트(20)의 광축은 서로 평행하거나 수직일 수 있다.
또한 본 발명의 다른 측면에 있어서, 네가티브 A 플레이트(A1,10)와 네가티브 A 플레이트(A2,30)의 광축은 서로 수직일 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 있어서, 네가티브 A 플레이트(10) 와 네가티브 B 플레이트(20)는 인접한 층일 수도 있으며, 그 사이에 그 사이에 투명기재필름, 배향막 등의 층들이 적어도 하나 이상 개재될 수도 있다.
<편광판 >
본 발명은 전술한 본 발명의 위상차 필름을 포함하는 편광판을 제공한다.
본 발명의 편광판은 전술한 특정한 위상차 필름들을 구비하여 편광 및 보상 기능을 동시에 갖는다. 또한, 본 발명의 편광판은 특정한 굴절률비(Nz) 범위 및 두께 방향 위상차값(Rth)의 범위를 갖는 네가티브 A 플레이트와 네가티브 B 플레이트를 구비함으로써 휘도 및 색도를 개선할 수 있으며, 특히 정면에서뿐만 아니라 사면에서도 보상 성능이 우수한 효과를 갖는다.
편광자는 입사하는 자연광을 원하는 단일 편광상태(선평광 상태)로 바꿔주는 역할을 하는 광학필름으로서, 연신된 폴리비닐알코올계 수지필름에 이색성 색소가 흡착 배향된 것을 사용할 수 있다.
편광자를 구성하는 폴리비닐알코올계 수지는 폴리아세트산 비닐계 수지를 비누화함으로써 얻어질 수 있다. 폴리아세트산 비닐계 수지로는 아세트산 비닐의 단독 중합체인 폴리아세트산 비닐 이외에, 아세트산 비닐과 이와 공중합 가능한 다른 단량체와의 공중합체 등을 들 수 있다. 아세트산 비닐과 공중합 가능한 다른 단량체로는 불포화 카르복시산계, 불포화 술폰산계, 올레핀계, 비닐에테르계, 암모늄기를 갖는 아크릴아미드계 단량체 등을 들 수 있다. 또한 폴리비닐알코올계 수지는 변성된 것일 수도 있으며, 예를 들면 알데히드류로 변성된 폴리비닐포르말이나 폴리비닐아세탈 등도 사용할 수 있다. 폴리비닐알코올계 수지의 비누화도는 통상 85 내지 100몰%이며, 바람직하게는 98몰% 이상인 것이 좋다. 또한 폴리비닐알코올계 수지의 중합도는 통상 1,000 내지 10,000이며, 바람직하게는 1,500 내지 5,000인 것이 좋다.
이러한 폴리비닐알코올계 수지를 막으로 형성한 것이 편광자의 원반 필름으로서 사용될 수 있다. 폴리비닐알코올계 수지의 막 형성 방법은 특별히 제한되는 것은 아니며, 공지된 방법을 이용할 수 있다. 원반 필름의 막 두께는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 10 내지 150㎛일 수 있다.
본 발명의 편광자는 수용액 상에서 연속적으로 폴리비닐알코올계 필름을 일축 연신하는 공정, 이색성 색소로 염색하여 흡착시키는 공정, 붕산 수용액으로 처리하는 공정 및 수세, 건조하는 공정을 경유하여 제조될 수 있다.
폴리비닐알코올계 필름을 일축 연신하는 공정은 염색 전에 수행할 수 있고, 염색과 동시에 수행할 수 있으며, 염색 후에 수행할 수도 있다. 일축 연신을 염색 후에 수행하는 경우에는 붕산 처리 전에 수행할 수 있고, 붕산 처리 중에 수행할 수도 있다. 물론 이들 복수개의 단계로 일축 연신을 수행하는 것도 가능하다. 일축 연신에는 주속이 다른 롤 또는 열 롤을 이용할 수 있다. 또한 일축 연신은 대기 중에서 연신하는 건식 연신일 수도 있고, 용매로 팽윤시킨 상태에서 연신하는 습식 연신일 수도 있다. 연신비는 통상 3 내지 8배이다.
연신된 폴리비닐알코올계 필름을 이색성 색소로 염색하는 공정은, 예를 들면 폴리비닐알코올계 필름을 이색성 색소를 함유하는 수용액에 침지하는 방법을 이용할 수 있다. 이색성 색소로는 요오드나 이색성 염료가 이용된다. 또한, 폴리비닐알코올계 필름은 염색 전에 물에 미리 침지하여 팽윤시키는 것이 바람직하다.
이색성 색소로서 요오드를 이용하는 경우에는 통상 요오드 및 요오드화칼륨을 함유하는 염색용 수용액에 폴리비닐알코올계 필름을 침지하여 염색하는 방법을 이용할 수 있다. 통상 염색용 수용액에서의 요오드의 함량은 물(증류수) 100 중량부에 대하여 0.01 내지 1 중량부이고, 요오드화칼륨의 함량은 물 100 중량부에 대하여 0.5 내지 20 중량부이다. 염색용 수용액의 온도는 통상 20 내지 40℃일 수 있고, 침지시간(염색시간)은 통상 20 내지 1,800초일 수 있다.
이색성 색소로서 이색성 염료를 이용하는 경우는 통상 수용성 이색성 염료를 포함하는 수용액에 폴리비닐알코올계 수지 필름을 침지하여 염색하는 방법이 채용된다. 이 수용액에 있어서의 2색성 염료의 함유량은, 물 100 중량부당 통상 1×10-4 내지 10 중량부, 바람직하게는 1×10-3 내지 1 중량부이다. 이 수용액은 황산나트륨 등의 무기염을 염색 보조제로서 함유할 수도 있다. 염색에 이용하는 염료 수용액의 온도는 통상 20 내지 80℃일 수 있고, 또한 이 수용액에 대한 침지 시간은 통상 10 내지 1,800 초일 수 있다.
염색된 폴리비닐알코올계 필름을 붕산 처리하는 공정은 붕산 함유 수용액에 침지함으로써 수행할 수 있다. 통상 붕산 함유 수용액에서의 붕산의 함량은 물 100 중량부에 대하여 2 내지 15 중량부, 바람직하게는 5 내지 12 중량부인 것이 좋다. 이색성 색소로서 요오드를 이용한 경우에는 붕산 함유 수용액은 요오드화칼륨을 함유하는 것이 바람직하며, 그 함량은 통상 물 100 중량부에 대하여 0.1 내지 15 중량부, 바람직하게는 5 내지 12 중량부인 것이 좋다. 붕산 함유 수용액의 온도는 통상 50℃ 이상, 바람직하게는 50 내지 85℃, 보다 바람직하게는 60 내지 80℃인 것이 좋고, 침지시간은 통상 60 내지 1,200초, 바람직하게는 150 내지 600초, 보다 바람직하게는 200 내지 400초인 것이 좋다.
붕산 처리 후 폴리비닐알코올계 필름은 통상 수세 및 건조된다. 수세처리는 붕산 처리된 폴리비닐알코올계 필름을 물에 침지함으로써 수행할 수 있다. 수세처리의 물의 온도는 통상 5 내지 40℃이고, 침지시간은 통상 1 내지 120초이다. 수세 후 건조함으로써 편광자를 얻을 수 있다. 건조처리는 통상 열풍 건조기나 원적외선 가열기를 이용하여 수행할 수 있다. 건조처리 온도는 통상 30 내지 100℃, 바람직하게는 50 내지 80℃이고, 건조시간은 통상 60 내지 600초, 바람직하게는 120 내지 600초인 것이 좋다.
본 발명에 따른 편광자의 두께는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들면 5 내지 40㎛일 수 있다.
<화상 표시 장치 >
본 발명의 편광판은 편광판을 사용하는 당분야의 화상 표시 장치에 적용될 수 있으며, 바람직하게는 액정 셀을 구비하는 화상 표시 장치에 적용될 수 있다. 더욱 바람직하게는 상기 액정 셀은 HA(homogenous alignment) 모드의 액정 셀일 수 있다. 본 발명에 있어서, HA(homogenous alignment) 모드는 IPS 모드, FFS 모드를 포함한다.
본 발명의 화상 표시 장치에 있어서, 본 발명에 따른 편광판은, 광원에서 출사한 광이 액정 셀을 통과한 후에 본 발명의 편광판을 통과할 수 있는 위치(이하 "상부"라 함)에서 사용될 수도 있으며, 광원에서 출사한 광이 액정 셀을 통과하기 전에 본 발명의 편광판을 통과할 수 있는 위치(이하 "하부"라 함)에서 사용될 수도 있다. 바람직하게는, "상부" 편광판으로 사용될 수 있다.
도 3은 상부 편광자(40)로부터 네가티브 A 플레이트(A1,10), 네가티브 B 플레이트(20) 및 네가티브 A 플레이트(A2,30)의 순으로 적층되어 형성된 본 발명의 편광판이 상부 편광판으로 사용된 일 구현예를 나타낸다.
본 발명의 화상 표시 장치가 도 3에서와 같이 상부 편광자(40)로부터 네가티브 A 플레이트(A1,10), 네가티브 B 플레이트(20) 및 네가티브 A 플레이트(A2,30)의 순으로 적층되어 형성된 편광판을 구비하는 경우에는, 네가티브 A 플레이트(A1,10)의 광축이 액정 셀(60)의 액정 배향 방향과 수직인 것이 광축 특성이 개선하는 측면에서 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 '수직'은 수학적으로 완벽한 수직 상태만을 의미하는 것이 아니며, 광학적으로 수직한 것을 의미하는 것으로서 이는 실질적으로 수직인 경우도 포함하는 것으로 완벽한 수직 상태뿐만 아니라 본 발명이 목적하는 효과가 나타나는 범위 내에서 수직에 가까운 상태까지 포함하는 것이다. 예를 들어 네가티브 A 플레이트(A1,10)의 광축이 액정 셀(60)의 액정 배향 방향과 이루는 예각의 각도가 90°인 경우뿐만 아니라 85°이상, 또는 80°이상인 경우도 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 화상 표시 장치에 있어서, 상부 편광자(40) 및 하부 편광자(80)는 전술한 편광자 재료가 제한 없이 사용될 수 있다.
본 발명의 화상 표시 장치에 있어서, 하부 편광판은 하부 편광자(80) 및 하부 보호필름(70,90)을 포함하여 이루어질 수 있고, 상부 편광판은 상부 편광자(40)에 상부 보호필름(50)을 포함하여 이루어 질 수 있다.
보호 필름은 당분야에서 보호 필름으로 사용되는 것이라면 제한 없이 사용될 수 있으며, 기계적 강도, 열 안정성, 수분 차폐성이 우수한 것이 바람직하며, 등방성이 우수한 것이 보다 바람직하다. 구체적인 예를 들면 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌이소프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르계 필름; 디아세틸셀룰로오스, 트리아세틸셀룰로오스 등의 셀룰로오스계 필름; 폴리카보네이트 필름; 폴리메틸(메타)아크릴레이트, 폴리에틸(메타)아크릴레이트 등의 아크릴계 필름; 폴리스티렌 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체 등의 스티렌계 필름; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 시클로계 또는 노보넨 구조를 갖는 폴리올레핀계 필름, 에틸렌프로필렌 공중합체 등의 폴리올레핀계 필름; 폴리이미드계 필름; 폴리에테르술폰계 필름; 술폰계 필름 등을 사용할 수 있으며, 이들의 두께 또한 특별히 제한되지 않는다. 바람직하게는 등방성을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 하부 보호필름(70,90)은 하부 편광자(80)의 일면 또는 양면에 구비될 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예 및 비교예
실시예 1
상부 편광판은 PVA 편광자의 상면에 TAC 보호필름을 사용하고 하면에 위상차 필름을 구비한다. 위상차 필름은 네가티브 B 플레이트 COP 필름(Nz=1.37, Ro=115nm, Rth=100nm)의 상면에 디스코틱 액정을 포함하는 재료를 배향시켜 코팅하여 하기 표 1의 제 1위상차층에 해당하는 광축, 굴절률, 두께 방향 위상차값, 정면 위상차값을 갖는 네가티브 A 플레이트를 형성하고, 상기 네가티브 B 플레이트 COP 필름 하면에 디스코틱 액정을 포함하는 재료를 배향시켜 코팅하여 하기 표 1의 제 3위상차층에 해당하는 광축, 굴절률, 두께 방향 위상차값, 정면 위상차값을 갖는 네가티브 A 플레이트를 형성하여 제조하였다.
하부 편광판으로는 등방성 보호필름을 구비한 PVA 편광자를 사용하였다.
액정 셀은 IPS 모드를 이용하여 상부 편광판 및 하부 편광판을 아크릴계 점착제로 접착하여 화상 표시 장치를 제조하였다.
실시예 2 내지 4
하기 표 1에 기재된 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 화상 표시 장치를 제조하였다.
실시예 5 내지 6
상부 편광판은 PVA 편광자의 상면에 TAC 보호필름을 사용하고 하면에 위상차 필름을 구비한다. 위상차 필름은 네가티브 B 플레이트 COP 필름(Nz=1.37, Ro=115nm, Rth=100nm)의 상면에 디스코틱 액정을 포함하는 재료를 배향시켜 코팅하여 하기 표 1의 제 1위상차층에 해당하는 광축, 굴절률, 두께 방향 위상차값, 정면 위상차값을 갖는 네가티브 A 플레이트를 형성하여 제조하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 화상 표시 장치를 제조하였다.
비교예 1 내지 2
하기 표 1에 기재된 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 화상 표시 장치를 제조하였다.
구분 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 비교예 1 비교예 2
제1 위상차층 위상차 필름 네가티브 A 네가티브 A 네가티브 A 네가티브 A 네가티브 A 네가티브 A 포지티브 C 포지티브 C
재료 디스코틱 액정 디스코틱 액정 디스코틱 액정 디스코틱 액정 디스코틱 액정 디스코틱 액정 RM RM
Ro(nm) 100 100 50 180 100 100 0 0
Rth(nm) -50 -50 -30 -72 -50 -50 -128 -128
Nz 0 0 -0.1 0.1 0 0 -∞ -∞
광축
(°)		 0 0 0 0 0 0 0 0
제2 위상차층 위상차 필름 네가티브 B 네가티브 B 네가티브 B 네가티브 B 네가티브 B 네가티브 B 네가티브 B 네가티브 B
재료 COP TAC TAC COP COP TAC COP TAC
Ro(nm) 115 52 115 52 115 52 115 52
Rth(nm) 100 125 100 125 100 125 100 125
Nz 1.37 2.90 1.37 2.90 1.37 2.90 1.37 2.90
광축
(°)		 90 90 90 90 90 90 90 90
제3 위상차층 위상차 필름 네가티브 A 네가티브 A 네가티브 A 네가티브 A - - - -
재료 디스코틱 액정 디스코틱 액정 디스코틱 액정 디스코틱 액정 - - - -
Ro(nm) 100 100 50 180 - - - -
Rth(nm) -50 -50 -30 -72 - - - -
Nz 0 0 -0.1 0.1 - - - -
광축
(°)		 90 90 90 90 - - - -
액정셀 모드 IPS IPS IPS FFS IPS FFS IPS IPS
배향
방향
(°)		 0 0 90 90 90 0 0 0
시험예
(1) Color contour 평가
실시예 1,2 및 비교예 1,2의 화상 표시 장치 각각에 대해 contour(사나이시스템, TechWiz 1D LCD : Simulation Program)을 사용하여 Color contour 평가하였고, 그 결과를 도 5 내지 도8에 각각 도시하였다
(2) 사면 빛샘 평가
실시예 및 비교예의 화상 표시 장치를 θ(theta)에 따른 흑색화상(Black) 상태에서의 휘도값인 Luminance(Lb)를 측정하여 사면 빛샘 정도를 보다 구체적으로 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 2 에 나타내었고, 도 9에 도시하였다.
Theta
(θ,°)		 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 비교예 1 비교예 2
0 0.00097 0.00097 0.00097 0.00097 0.00097 0.00097 0.00097 0.00097
5 0.00099 0.00099 0.001 0.00111 0.00104 0.00104 0.00122 0.00115
10 0.0013 0.00124 0.00138 0.00313 0.00207 0.00199 0.00482 0.00385
15 0.0026 0.00233 0.00301 0.01175 0.00648 0.00607 0.02019 0.01537
20 0.00604 0.00516 0.00732 0.0344 0.01809 0.01686 0.0606 0.04571
25 0.01306 0.01092 0.01613 0.08056 0.04184 0.03902 0.14293 0.10768
30 0.02527 0.02082 0.03153 0.16059 0.08326 0.07789 0.28585 0.21561
35 0.04422 0.036 0.05556 0.28429 0.1478 0.1389 0.50709 0.38336
40 0.07111 0.05718 0.08991 0.45875 0.23984 0.22673 0.81997 0.61276
45 0.10641 0.08442 0.13544 0.68585 0.3614 0.34406 1.22894 0.93517
50 0.14939 0.11672 0.1915 0.95923 0.51047 0.48994 1.72411 1.31721
55 0.19751 0.15177 0.25516 1.26093 0.67885 0.65745 2.27498 1.74553
60 0.24577 0.18554 0.32013 1.55775 0.84954 0.83069 2.82296 2.17564
65 0.28591 0.21197 0.3755 1.79738 0.99362 0.9811 3.27321 2.53379
70 0.30567 0.2227 0.40458 1.90518 1.0674 1.06382 3.48718 2.71058
75 0.28888 0.20722 0.38487 1.7855 1.01258 1.01754 3.28407 2.56181
80 0.21904 0.15518 0.29313 1.34352 0.76947 0.77824 2.48155 1.94105
85 0.09595 0.06741 0.1286 0.58469 0.33707 0.3423 1.08336 0.84877
도 5 내지 8의 contour 도면은 흑색화상을 화면에 표시할 경우의 시감도 전방위 휘도를 나타낸 것으로서, 밝을수록 빛샘으로 인한 휘도가 높은 것을 나타낸다. 이를 참고하면, 비교예인 도 7및 도 8에서 빛샘 영역이 더 밝으므로 빛샘이 더 크다는 것을 알 수 있다. 즉, 실시예들의 경우에 위상차의 균일성이 우수하고 휘도 및 시야각이 개선됨을 알 수 있다.
또한, 상기 표 2 및 도 9를 참고하면, 실시예의 화상 표시 장치는 θ 에 따른 휘도값이 고르게 분포하여 사면 빛샘이 비교예보다 적은 것을 확인할 수 있었고, 이로부터 정면에서뿐만 아니라 사면에서도 보상 성능이 우수한 것을 확인할 수 있었다.
100, 110: 위상차 필름
10: 네가티브 A 플레이트
20: 네가티브 B 플레이트
30: 네가티브 A 플레이트(A2)
40: 상부 편광자
50: 상부 보호필름
60: 액정 셀
70,90: 하부 보호필름
80: 하부 편광자
200: 화상 표시 장치

Claims (15)

  1. 네가티브 A 플레이트 및 네가티브 B 플레이트의 적층체를 포함하는 위상차 필름.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 네가티브 A 플레이트의 굴절률비(Nz)는 -0.1 내지 0.1인, 위상차 필름.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 네가티브 A 플레이트의 두께 방향 위상차값(Rth)이 -100 내지 -20nm인 위상차 필름.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 네가티브 A 플레이트의 두께 방향 위상차값(Rth)은 -70 내지 -40nm인 위상차 필름.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 네가티브 B 플레이트의 굴절률비(Nz)는 1초과 내지 5 이하인, 위상차 필름.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 네가티브 B 플레이트의 두께 방향 위상차값(Rth)이 50 내지 150nm인 위상차 필름.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 네가티브 B 플레이트의 두께 방향 위상차값(Rth)은 80 내지 130nm인 위상차 필름.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 네가티브 A 플레이트와 네가티브 B 플레이트의 광축은 서로 평행한, 위상차 필름.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 네가티브 A 플레이트와 네가티브 B 플레이트의 광축은 서로 수직인, 위상차 필름.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 적층체는 네가티브 A 플레이트(A1)/네가티브 B 플레이트/ 네가티브 A 플레이트(A2)의 적층구조를 포함하는, 위상차 필름.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 A1과 A2는 광축이 서로 수직인, 위상차 필름.
  12. 편광자 및 상기 편광자의 적어도 일면에 접착된 청구항 1 내지 11중 어느 한 항의 위상차 필름을 포함하는 편광판.
  13. 청구항 12의 편광판을 포함하는 HA 모드용 화상 표시 장치.
  14. 청구항 12에 있어서, 상기 편광판은 편광자로부터 액정셀 방향으로 네가티브 A 플레이트(A1)/네가티브 B 플레이트/ 네가티브 A 플레이트(A2) 순서로 적층된 위상차 필름을 포함하고, 상기 A2의 광축은 액정셀의 액정 배향 방향과 수직인, 화상 표시 장치.
  15. 청구항 13에 있어서, HA 모드는 IPS 모드 또는 FFS 모드인 화상 표시 장치.
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