KR20170040565A - 광학 필름 - Google Patents

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Abstract

본 출원은, 광학 필름 및 광학 필름의 용도에 관한 것이다. 본 출원의 예시적인 광학 필름은 정면 투과도를 저하하지 않으면서 시야각에 따른 선택적인 투과 및 차단 특성을 나타낼 수 있다. 이러한 광학 필름은 LCD와 같은 표시 장치의 보안 필름, 스마트 윈도우 및 선 글라스 등에 유용하게 사용될 수 있다.

Description

광학 필름{Optical Film}
본 출원은, 광학 필름 및 광학 필름의 용도에 관한 것이다.
정보 보호 또는 개인 프라이버시의 중요성에 따라 보안 필름의 사용량이 증가하고 있다. 예를 들어 특허 문헌 1은 마이크로 루버(Micro Louver) 기술을 적용한 보안 필름을 개시하고 있다. 마이크로 루버 필름은 다수의 미세 루버가 일정한 간격으로 패턴화되어 있는 구조를 가진다. 루버 필름 내부에 형성된 다수의 미세 루버는 루버 필름을 투과하는 빛의 진행 방향을 소정의 유출 각도 범위로 제어하는 효과(방향 제어 효과)를 발휘한다. 따라서, 측면 방향으로의 액정 패널 투과광의 불필요한 유출을 방지할 수 있으며, 이와 같은 루버 필름을 광 제어 필름(Light Control Film)이라고도 부른다. 그러나, 마이크로 루버 필름은 종횡비가 보안 필름 성능의 주요 인자인데 선폭이 커질수록 높이는 작아질 수 있으나 선폭이 커지면 그만큼 투과도가 저하하는 문제점이 있다. 한편, 일반적으로 광 제어 필름은 시야각이 좌우 특정각을 벗어나면 인지할 수 없도록 하는 2 way 방식이나 시야각이 상하좌우 특정각을 벗어나는 경우 인지할 수 없도록 하는 4 way 방식으로 광을 제어할 수 있다. 마이크로 루버 기술을 적용하여 4 way 방식으로 광을 제어하기 위해서는 2장 이상의 마이크로 루버 필름을 적층하여 사용하여야 하는데 그 만큼 정면 투과도가 감소하는 문제점이 있다.
특허문헌 1: 한국공개특허 공보 제2007-0090662호
본 출원은, 광학 필름 및 광학 필름의 용도를 제공한다.
본 출원의 예시적인 광학 필름은 선편광자 및 위상차 적층 필름을 포함한다. 위상차 적층 필름은 일축성 위상차 필름을 포함할 수 있다. 일축성 위상차 필름은 예를 들어 하기 일반식 1 또는 2를 만족할 수 있다. 하나의 예시에서, 위상차 적층 필름은 하기 일반식 1을 만족하고 면상 위상차값이 양수인 제 1 양의 일축성 위상차 필름, 하기 일반식 2를 만족하고 두께 방향 위상차값이 음수인 음의 일축성 위상차필름 및 하기 일반식 1을 만족하고 면상 위상차 값이 양수인 제 2 양의 일축성 위상차 필름을 순차로 포함할 수 있다. 본 명세서에서 면상 위상차 값은 하기 수식 A로 규정될 수 있고, 두께 방향 위상차 값은 수식 B로 규정될 수 있다. 또한, 하기 일반식 1을 만족하고 면상 위상차값이 양수인 위상차 필름은 소위 +A 필름으로 호칭될 수 있고, 하기 일반식 2를 만족하고 두께 방향 위상차값이 음수인 위상차 필름은 소위 -C 필름으로 호칭될 수 있다.
[일반식 1]
nx≠ny≒nz
[일반식 2]
nx≒ny≠nz
[수식 A]
Rin = d × (nx - ny)
[수식 B]
Rth = d × (nz - ny)
일반식 1, 2 또는 수식 A, B에서, nx, ny 및 nz는 각각 위상차 필름의 x, y 및 z 방향의 굴절률을 의미한다. 예를 들어, nx는 위상차 필름의 평면에서 지상축 방향의 굴절률이며, ny는 위상차 필름의 상기 지상축에 수직하는 방향의 굴절률이고, nz는 위상차 필름의 두께 방향, 즉 상기 지상축과 그에 수직하는 방향 모두와 수직하는 방향의 굴절률을 의미할 수 있다. 본 명세성서 용어 「굴절률」은 특별히 달리 규정하지 않는 한, 550 nm파장의 광에 대한 굴절률을 의미한다. 또한, 일반식 1 또는 2에서 부호 ≒는 양측의 수치가 실질적으로 동일한 것을 의미하고, 실질적으로 동일하다는 것은 ±5 이내, ±3 이내, ±1 이내 또는 ±0.5 이내의 오차를 고려한 것이다. 또한, 본 명세서에서 「지상축」은 액정 필름 내의 액정 화합물이 막대 (rod) 모양인 경우 액정 화합물의 장축 방향의 축을 의미할 있고, 액정 화합물이 원판 (discotic) 모양인 경우 원판 평면의 법선 방향의 축을 의미할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 용어 「수직, 직교, 수평 또는 평행」은, 목적하는 효과를 손상시키지 않은 범위에서의 실질적인 수직, 직교, 수평 또는 평행을 의미한다. 따라서, 상기 각 용어는, 예를 들면, ±15도 이내, ±10도 이내, ±5도 이내 또는 ±3도 이내의 오차를 포함할 수 있다.
도 1은 선 편광자(101) 및, 상기 선 편광자 상에 형성되고, 제 1 양의 일축성 위상차 필름(1021), 제 1 음의 일축성 위상차 필름(1022) 및 제 2 양의 일축성 위상차 필름(1024)를 순차로 포함하는 위상차 적층 필름(102)를 가지는 광학 필름을 예시적으로 나타낸다.
선편광자
본 명세서에서 「편광자」는 입사 광에 대하여 선택적 투과 및 차단 특성, 예를 들어 반사 또는 흡수 특성을 나타내는 기능성 층을 의미할 수 있다. 편광자는 예를 들어, 여러 방향으로 진동하는 입사 광으로부터 어느 한쪽 방향으로 진동하는 광은 투과하고, 나머지 방향으로 진동하는 광은 차단시키는 기능을 가질 수 있다. 본 명세서에서 「선편광자」는 선택적으로 투과하는 광이 어느 하나의 방향으로 진동하는 선편광이고 선택적으로 차단하는 광이 상기 선편광의 진동 방향과 수직하는 방향으로 진동하는 선편광인 경우를 의미한다. 선 편광자의 종류는 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 반사형 편광자으로서 예를 들어, DBEF(Dual Brightness Enhancement Film), 유방성 액정층(LLC층: Lyotropic Liquid Crystal) 또는 와이어 그리드 편광기(wire grid polarizer) 등을 사용할 수 있고, 흡수형 편광자으로서 예를 들어, PVA 연신 필름 등과 같은 고분자 연신 필름에 요오드를 염착한 편광자 또는 배향된 상태로 중합된 액정을 호스트로 하고, 상기 액정의 배향에 따라 배열된 이방성 염료를 게스트로 하는 게스트-호스트형 편광자를 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
위상차 적층 필름
위상차 적층 필름은 상기 선 편광자의 상부에 형성되어 있는 제 1 양의 일축성 위상차 필름, 음의 일축성 위상차필름 및 제 2 양의 일축성 위상차 필름을 순차로 포함한다. 상기 위상차 필름들의 면상 위상차 값 또는 두께 방향 위상차 값은 본 출원의 목적을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 조절될 수 있다.
하나의 예시에서, 음의 일축성 위상차 필름은 -1500 nm 내지 -600 nm 범위 내의 두께 방향 위상차 값을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 음의 일축성 위상차 필름의 두께 방향의 하한은-1500 nm 이상, -1450nm 이상, -1400 nm 이상, -1350 nm 이상, -1300 nm 이상, -1250 nm 이상, -1200 nm 이상, -1150 nm 이상, -1100 nm 이상, -1050 nm 이상, -1000 nm 이상, -950 nm 이상, -900 nm 이상, -850 nm 이상 또는 -800 nm 이상일 수 있다. 또한, 상기 음의 일축성 위상차 필름의 두께 방향의 상한은 -600 nm 이하, -650 nm 이하, -700 nm 이하, -750 nm 이하, -800 nm 이하, -850 nm 이하, -900 nm 이하, -950 nm 이하, -1000 nm 이하일 수 있다. 음의 일축성 위상차 필름의 두께 방향 위상차 값이 상기 범위를 만족하는 경우 정면 투과도 저하 없이 시야각에 따른 선택적인 투과 특성을 나타내는 데 유리하다.
하나의 예시에서, 제 1 또는 제 2 양의 일축성 위상차 필름은 100 nm 내지 170 nm 범위 내의 면상 위상차 값을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 110 nm 내지 160 nm 범위, 120 nm 내지 150 nm 범위, 130 nm 내지 140 nm 범위 내의 면상 위상차 값을 가질 수 있다. 제 1 및 제 2 양의 일축성 위상차 필름의 면상 위상차 값의 차이의 절대값은 예를 들어 ±5 nm, ±4 nm, ±3 nm ±2 nm 또는 ±1 nm일 수 있다. 제 1 또는 제 2 양의 일축성 위상차 필름의 면상 위상차 값이 상기 범위를 만족하는 경우 정면 투과도 저하 없이 시야각에 따른 선택적인 투과 특성을 나타내는 데 유리하다.
본 출원에서 상기 위상차 필름들은 중합성 액정 화합물을 중합된 상태로 포함하는 액정 필름이거나 또는 고분자 연신 필름일 수 있다. 제 1 및 제 2 양의 일축성 위상차 필름 및 음의 일축성 위상차 필름은 모두 액정 필름 또는 고분자 연신 필름이거나, 혹은 일부는 액정 필름이고 나머지는 고분자 연신 필름일 수 있다.
본 명세서에서 용어 「중합성 액정 화합물」은, 액정성을 나타낼 수 있는 부위, 예를 들면, 메소겐(mesogen) 골격 등을 포함하고, 또한 중합성 관능기를 하나 이상 포함하는 화합물을 의미할 수 있다. 또한, 「중합성 액정 화합물이 중합된 형태로 포함되어 있다는 것」은 상기 액정 화합물이 중합되어 액정 필름 내에서 액정 고분자의 주쇄 또는 측쇄와 같은 골격을 형성하고 있는 상태를 의미할 수 있다. 중합성 액정 화합물의 종류는 특별히 제한되지 않고 본 출원의 목적을 손상시키지 않는 범위 내에서 공지의 중합성 액정 화합물을 적절히 선택하여 사용할 수 있고, 전술한 바와 같이 막대 형상의 액정 화합물 또는 원판 현상의 액정 화합물도 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
하나의 예시에서, 음의 일축성 위상차 필름이 중합성 액정 화합물을 포함하는 경우 액정 화합물은 수직 배향된 상태로 존재할 수 있다. 본 명세서에서 액정 화합물의 수직 배향은 액정 화합물의 광축이 위상차 필름의 평면에 대하여 약 90도 내지 약 65도, 약 90도 내지 약 75도, 약 90도 내지 약 80도, 약 90도 내지 약 85도 약 90도의 경사각을 가지는 경우를 의미할 수 있다. 상기에서 광축은 지상축을 의미할 수 있다.
다른 하나의 예시에서, 제 1 또는 제 2 양의 일축성 위상차 필름이 중합성 액정 화합물을 포함하는 경우 액정 화합물은 수평 배향된 상태로 존재할 수 있다. 본 명세서에서 액정 화합물의 수평 배향은 액정 화합물의 광축이 위상차 필름의 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. 상기에서 광축은 지상축을 의미할 수 있다.
고분자 연신 필름으로는 연신에 의해 광학 이방성을 부여할 수 있는 광투과성의 고분자 필름을 적절한 방식으로 연신한 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.
제 2 선편광자 및 제 2 위상차 적층 필름
광학 필름은 전술한 구성 외에 선편광자 및 위상차 적층 필름을 추가로 포함할 수 있다. 이하 구분을 위하여 전술한 선편광자 및 위상차 적층 필름을 각각 제 1 선편광자 및 제 1 위상차 적층 필름으로 호칭하고, 추가로 더 포함되는 선편광자 및 위상차 적층 필름을 각각 제 2 선편광자 및 제 2 위상차 적층 필름으로 호칭한다. 이러한 광학 필름은 예를 들어, 도 2와 같이 도시될 수 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 제 2 선 편광자(201)는 제 2 양의 일축성 위상차 필름(1023)의 상부에 존재하며, 제 2 위상차 적층 필름(202)은 제 2 선 편광자(201)에 순차로 형성된 제 3 양의 일축성 위상차 필름(2021), 제 2 음의 일축성 위상차 필름(2022) 및 제 4 양의 일축성 위상차 필름(2023)을 포함할 수 있다.
제 2 선편광자에 대한 구체적인 사항은 제 1 선편광자의 항목에서 기술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다. 또한, 제 3 및 제 4 양의 일축성 위상차 필름과 제 2 음의 일축성 위상차 필름에 관한 정의 규정 및 재료에 대한 사항은 제 1 위상차 적층 필름의 항목에서 기술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
한편, 제 2 음의 일축성 위상차 필름은 -2700 nm 내지 -1500 nm 범위 내의 두께 방향 위상차 값을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제 2 음의 일축성 위상차 필름의 두께 방향 위상차 값의 하한은 -2700 nm 이상, -2650 nm 이상, -2600 nm 이상, -2550 nm 이상, -2500 nm 이상, -2450 nm 이상, -2400 nm 이상, -2350 nm 이상, -2300 nm 이상, -2250 nm 이상, -2200 nm 이상, -2150 nm 이상, -2100 nm 이상 또는 -2150 nm 이상일 수 있다. 상기 제 2 음의 일축성 위상차 필름의 두께 방향 위상차 값의 상한은 -1500 nm 이하, -1550 nm 이하, -1600 nm 이하, -1650 nm 이하, -1700 nm 이하, -1750 nm 이하, -1800 nm 이하, -1850 nm 이하, -1900 nm 이하 또는 -1950 nm 이하일 수 있다. 제 2 음의 일축성 위상차 필름의 두께 방향 위상차 값이 상기 범위를 만족하는 경우 정면 투과도 저하 없이 시야각에 따른 선택적인 투과 특성을 나타내는 데 유리하다.
제 3 또는 제 4 양의 일축성 위상차 필름은 100 nm 내지 170 nm 범위 내의 면상 위상차 값을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 110 nm 내지 160 nm 범위, 120 nm 내지 150 nm 범위, 130 nm 내지 140 nm 범위 내의 면상 위상차 값을 가질 수 있다. 제 3 및 제 4 양의 일축성 위상차 필름의 면상 위상차 값의 차이의 절대값은 예를 들어 ±5 nm, ±4 nm, ±3 nm ±2 nm 또는 ±1 nm일 수 있다. 제 3 또는 제 4 양의 일축성 위상차 필름의 면상 위상차 값이 상기 범위를 만족하는 경우 정면 투과도 저하 없이 시야각에 따른 선택적인 투과 특성을 나타내는 데 유리하다.
제 3 선편광자
광학 필름은 전술한 구성 외에 선 편광자를 추가로 포함할 수 있다. 이하, 구분을 위하여 추가로 더 포함되는 선 편광자를 제 3 편광자로 호칭한다. 제 3 선편광자에 대한 구체적인 사항은 제 1 선편광자의 항목에서 기술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다. 도 3은 도 1에 도시된 광학 필름이 제 3 편광자(301)를 추가로 포함하는 실시 형태를 도시한다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 제 3 편광자(301)은 제 2 양의 일축성 위상차 필름(1023)의 상부에 인접하여 존재할 수 있다. 도 4는 도 2에 도시된 광학 필름이 제 3 편광자(301)을 추가로 포함하는 실시 형태를 도시 한다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 제 3 편광자(301)은 제 4 양의 일축성 위상차 필름(2023)의 상부에 인접하여 존재할 수 있다.
점착제층
광학 필름은 점착제층을 추가로 포함할 수 있다. 점착제층은 광학 필름에서 인접하는 2개의 위상차 필름 또는 인접하는 선편광자와 위상차 필름을 부착하는 역할을 수행할 수 있다. 따라서, 점착층은 광학 필름에서 인접하는 2개의 위상차 필름 사이 또는 인접하는 선편광자와 위상차 필름 사이에 존재할 수 있다. 점착제층으로는 본 출원의 목적을 손상시키지 않는 범위 내에서 공지의 점착제층 중에서 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 경화성 화합물을 포함하는 조성물의 경화물을 점착제층으로 사용할 수 있고, 경화성 화합물로는 가열 경화성 또는 자외선 경화성 화합물을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 점착제층의 타입도 본 출원의 목적을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 고상 접착제, 반고상 접착제, 탄성 접착제 또는 액정 접착제를 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 고상 접착제, 반고상 접착제 또는 탄성 접착제는 소위 감압성 접착제(PSA; Pressure Sensitive Adhesive)로 호칭될 수 있으며, 접착 대상이 합착되기 전에 경화될 수 있다. 액상 접착제는 소위 광학 투명 레진(OCR; Optical Clear Resin)으로 호칭될 수 있으며, 접착 대상이 합착된 후에 경화될 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 의하면, 점착제로서 PSA를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
기재층
광학 필름은 또한, 기재층을 추가로 포함할 수 있다. 기재층은 예를 들어, 편광자의 어느 일면에 인접하여 존재할 수 있다. 하나의 예시에서, 도 2 또는 도 3의 광학 필름의 경우 기재층은 제 1 선 편광자(101)의 제 1 양의 일축성 위상차 필름 반대 측면, 즉 광학 필름의 최하부에 존재할 수 있다. 다른 하나의 예시에서, 도 2 또는 도 4의 광학 필름의 경우 제 1 선 편광자(101)의 제 1 양의 일축성 위상차 필름 반대 측면, 즉 광학 필름의 최하부에 존재할 수 있고, 제 2 선편광자(201)의 제 3 양의 일축성 위상차 필름(2021)의 반대 측면, 즉 제 2 선편광자(201)과 제 2 양의 일축성 위상차 필름(1023)의 사이에 존재할 수 있다.
기재층으로는, 특별한 제한 없이 공지의 소재를 사용할 수 있다. 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 기재층 또는 위상차층과 같이 광학적으로 이방성인 기재층을 사용할 수 있다. 플라스틱 기재층으로는, 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 기재층을 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. 하나의 구체적인 예로, 기재층으로 위상차 값이 실질적으로 0인 Zero TAC 필름 (Rin=0 및 Rth=0) 또는 Normal TAC 필름(Rin=0, Rth=-50nm)을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니고 광학 필름의 용도에 따라 전술한 기재층의 종류를 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
광학 필름
광학 필름은 전술한 선 편광자들의 흡수축과 상기 위상차 필름들의 지상축을 적절히 조절하는 것을 통하여, 시야각에 따른 선택적인 투과 특성을 나타낼 수 있다. 도 5 내지 도 8은 선 편광자의 흡수축과 위상차 필름들의 지상축의 관계를 예시적으로 나타낸다
도 5는 도 2의 광학 필름에서 선 편광자의 흡수축과 위상차 필름들의 지상축의 관계를 예시적으로 나타낸다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 제 1 및 제 2 양의 일축성 위상차 필름의 지상축(21, 23)과 상기 선편광자 흡수축(11)이 이루는 각도의 절대값은 각각 40도 내지 50도 범위, 보다 구체적으로 41도 내지 49도 범위, 42도 내지 48도 범위, 43도 내지 47도 범위 또는 44도 내지 46도 범위 내일 수 있다. 또한, 음의 일축성 위상차 필름의 지상축(22)은 위상차 필름의 평면에 수직한 방향일 수 있다. 또한, 제 1 양의 일축성 위상차 필름의 지상축(21)과 제 2 양의 일축성 위상차 필름의 지상축(23)는 서로 수직을 이룰 수 있다. 예를 들어, 제 1 양의 일축성 위상차 필름의 지상축(21)은 선편광자의 흡수축(11)에 대하여 약 -45도의 각도를 이룰 수 있고, 제 2 양의 일축성 위상차 필름의 지상축(23)은 선편광자의 흡수축(11)에 대하여 약 +45도의 각도를 이룰 수 있다.
도 6은 도 2의 광학 필름에서 선 편광자들의 흡수축과 위상차 필름들의 지상축의 관계를 예시적으로 나타낸다. 도 6에 도시한 바와 같이, 제 1 선 편광자의 흡수축과 제 1 음의 일의 일축성 위상차 필름, 제 1 및 제 2 양의 일축성 위상차 필름의 지상축 관계는 도 6에 도시한 것과 동일하다. 한편, 제 2 선편광자의 흡수축(31)은 제 1 선편광자의 흡수축(11)에 평행한 상태로 배치될 수 있다. 또한, 제 3 및 제 4 양의 일축성 위상차 필름의 지상축(41, 42)과 제 2 선편광자 흡수축(31)이 이루는 각도의 절대값은 각각 40도 내지 50도 범위 내일 수 있다. 하나의 예시에서, 제 3 양의 일축성 위상차 필름의 지상축(41)과 제 4 양의 일축성 위상차 필름의 지상축(43)는 서로 수직을 이룰 수 있고, 예를 들어, 제 3 양의 일축성 위상차 필름의 지상축(41)은 제 2 선편광자의 흡수축(31)에 대하여 약 -45도의 각도를 이룰 수 있으며, 제 4 양의 일축성 위상차 필름의 지상축(43)은 제 2 선편광자의 흡수축(31)에 대하여 약 +45도의 각도를 이룰 수 있다. 또한, 제 2 음의 일축성 위상차 필름의 지상축(42)은 위상차 필름의 평면에 수직한 방향일 수 있다.
도 7 및 도 8은 각각 도 3 및 도 4의 광학 필름의 선 편광자들의 흡수축과 위상차 필름들의 지상축의 관계를 예시적으로 나타낸다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 제 3 편광자의 흡수축(51)은 제 1 선편광자의 흡수축(11)과 수직을 이룰 수 있으며, 도 8에 나타낸 바와 같이, 제 3 편광자의 흡수축(51)은 제 1 선편광자의 흡수축(11) 및 제 2 선편광자의 흡수축(31)과 각각 수직을 이룰 수 있다.
본 출원의 광학 필름은 선 편광자들의 흡수축과 위상차 필름들의 지상축을 예를 들어 도 5 내지 9와 같이 조절하는 것을 통하여, 정면 투과도를 저하하지 않으면서 시야각에 따른 선택적인 투과 특성을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 광학 필름은 정면 투과율이 약 60% 이상일 수 있다. 또한, 광학 필름은 약 30도 범위 내의 시야각을 구현할 수 있으며, 약 30도 이상의 경사각에서의 투과율이 약 10% 미만일 수 있다. 또한, 광학 필름의 30도 이상의 경사각에서 모든 동경각에대하여 약 10% 미만의 투과율을 나타낼 수 있다. 즉, 본 출원의 광학 필름은 정면 투과도를 크게 저하시키지 않으면서, 경사각에서 360도 투과도를 감소 시킬 수 있다.
본 명세서에서 용어 경사각 및 동경각을 도 9를 참조하여 설명할 수 있다. 예를 들어, 도 9에서 x축과 y축에 의한 평면(xy 평면)을 광학 필름의 표면이라고 하면, 경사각은 상기 xy 평면의 법선, 즉 도 9의 z축과 관찰 방향(P)이 이루는 각도( 도9의 Θ)를 의미한다. 또한 동경각은, 예를 들면, x축과 관찰 방향(P)의 xy 평면에 대한 투영이 이루는 각도(도 9의 Φ)를 의미한다.
본 출원은 또한 상기 광학 필름의 용도에 관한 것이다. 본 출원의 광학 필름은 경사각에 따른 선택적인 투과 특성을 나타내는 기능성 소자가 필요한 분야에 다양하게 적용될 수 있다.
액정표시장치
하나의 예시에서, 본 출원의 광학 필름은 액정 표시 장치 등의 보안 필름으로 유용하게 사용될 수 있다. 액정 표시 장치는 예를 들어, 액정 패널 및 상기 액정 패널에 인접하여 존재하는 본 출원의 광학 필름을 포함할 수 있다. 광학 필름은 액정 패널에 비하여 관찰자 측에 보다 가깝게 존재할 수 있다.
액정 표시 장치는 광원을 추가로 포함할 수 있다. 이 경우 액정 표시 장치는 광원, 액정 패널 및 광학 필름을 순차로 포함할 수 있다. 광원으로는, 예를 들면, LCD(Liquid Crystal Display)에서 통상적으로 사용되는 직하형(direct type) 또는 에지형(edge type)의 백라이트 유닛(BLU; Back Light Unit)을 사용할 수 있다. 광원으로는 상기 외에도 다양한 종류가 제한 없이 사용될 수 있다.
액정 패널은, 예를 들면, 광원 측으로부터 순차적으로 형성된 제 1 기판, 화소 전극, 제 1 배향막, 액정층, 제 2 배향막, 공통 전극 및 제 2 기판을 포함할 수 있다. 광원측의 제 1 기판에는, 예를 들면, 투명 화소 전극에 전기적으로 접속된 구동 소자로서 TFT(Thin Film Transistor)와 배선 등을 포함하는 액티브형 구동 회로가 형성되어 있을 수 있다. 상기 화소 전극은, 예를 들면 ITO(Indium Tin Oxide) 등을 포함하고, 화소별 전극으로 기능할 수 있다. 또한, 제 1 또는 제 2 배향막은, 예를 들면, 폴리이미드 등의 재료를 포함할 수 있다. 액정층은, 예를 들면, VA(Vertical Alignment), TN(Twisted Nematic), STN(Super Twisted Nematic) 또는 IPS(In Plane Switching) 모드의 액정을 포함할 수 있다. 액정층은, 구동 회로로부터 인가되는 전압에 의해서, 광원으로부터의 광을 화소별로 투과 또는 차단하는 기능을 가질 수 있다. 공통 전극은, 예를 들면 ITO 등을 포함하고, 공통의 대향 전극으로 기능할 수 있다.
액정 표시 장치는 액정 패널의 양 측에 존재하는 상부 및 하부 편광판을 추가로 포함할 수 있다. 하부 편광판은 상부 편광판에 비해 광원 측에 인접하여 배치될 수 있고, 상부 편광판은 하부 편광판에 비해 광학 필름 측에 인접하여 배치될 수 있다. 상기에서 상부 편광판은 광학 필름의 항목에서 기술한 제 3 선편광자에 대응되는 역할을 수행할 수 있다. 도 10은 도 2에 도시된 광학 필름과 액정 패널의 상부 편광판의 배치를 예시적으로 나타낸다. 도 10에 도시한 바와 같이 액정 표시 소자는 제 1 선편광자(101) 및 제 1 위상차 적층 필름(102) 및 상부 편광판(401)이 순차로 배치된 구조일 수 있다(광원, 하부 편광판 및 액정 패널 미도시). 또한, 상기에서 광학 필름은 제 1 선편광자의 흡수축과 액정패널의 상부 편광판의 흡수축이 평행하고, 제 2 양의 위상차 필름(1023)이 상부 편광판(401)과 부착된 상태로 배치될 수 있다. 도 11은 도 2에 도시된 광학 필름과 상부 편광판의 배치를 예시적으로 나타낸다. 도 11에 도시한 바와 같이, 액정 표시 소자는 제 1 선편광자(101), 제 1 위상차 적층 필름(102), 제 2 선편광자(201), 제 2 위상차 적층 필름(201) 및 상부 편광판(401)이 순차로 배치된 구조 일 수 있다(광원, 하부 편광판 및 액정 패널 미도시). 또한, 광학 필름은 제 1 선편광자(101)의 흡수축 및 제 2 선편광자(201)의 흡수축과 액정패널의 상부 편광판의 흡수축이 각각 서로 수직을 이루고, 제 4 양의 위상차 필름(2023)이 상부 편광판(401)에 부착된 상태로 배치될 수 있다.
이러한 액정 표시 장치는 정면에서의 투과도를 저하하지 않으면서도, 소정 각도 이상의 경사각에서 관찰하는 경우 인지되지 않으므로 보안 필름으로 유용하게 사용될 수 있다. 상기에서, 액정 표시장치가 본 출원의 광학 필름을 포함하는 한, 다른 부품 내지 구조 등은 특별히 제한되지 않으며, 이 분야에서 공지되어 있는 모든 내용이 적절하제 적용될 수 있다.
스마트 윈도우 또는 선글라스
다른 하나의 예시에서, 본 출원의 광학 필름은 또한 스마트 윈도우 또는 선 글라스에 유용하게 사용될 수 있다. 본 명세서에서 「스마트 윈도우는(Smart Window)」는 입사 광, 예를 들어 태양 광의 투과율을 조절할 수 있는 기능을 가지는 윈도를 의미하는 것으로서, 소위 스마트 블라인드, 전자 커튼, 투과도 가변 유리 또는 조광 유리 등으로 불리는 기능성 소자를 포괄하는 개념이다. 본 명세서에서 「선 글라스(Sun Glass)」는 태양 광을 차단할 수 있는 기능성 유리를 의미할 수 있고, 예를 들어 안경 류 등이 예시될 수 있다. 도 12는 예를 들어 도 4에 도시된 광학 필름의 구조를 스마트 윈도우 또는 선 글라스에 적용한 경우 시야각에 따른 선택적인 투과 특성을 예시적으로 나타낸다. 도 12에 나타낸 바와 같이, 본 출원의 광학 필름을 적용한 스마트 윈도우 또는 선 글라스는 소정 각도 이상의 경사각에서 입사되는 빛은 차단하고, 상기 경사각 미만의 각도로 입사되는 빛은 투과하는 특성을 가질 있다. 따라서, 본 출원의 광학 필름은 시야각에 따른 선택적인 투과율을 나타내고자 하는 스마트 윈도우 또는 선 글라스에 유용하게 사용될 수 있다. 상기에서, 스마트 윈도우 또는 선 글라스가 본 출원의 광학 필름을 포함하는 한, 다른 부품 내지 구조 등은 특별히 제한되지 않으며, 이 분야에서 공지되어 있는 모든 내용이 적절하제 적용될 수 있다.
본 출원의 예시적인 광학 필름은 정면 투과도를 저하하지 않으면서, 시야각에 따른 선택적인 투과 및 차단 특성을 나타낼 수 있다. 이러한 광학 필름은 LCD와 같은 표시 장치의 보안 필름, 스마트 윈도우 및 선 글라스 등에 유용하게 사용될 수 있다.
도 1 내지 8은 광학 필름의 모식도이다.
도 9는 경사각 및 동경각을 설명하기 위한 모식도이다.
도 10 내지 도 11은 액정 표시 장치의 모식도이다.
도 12는 스마트 윈도우 또는 선글라스의의 모식도이다.
도 13은 투과도 평과 결과 그래프이다.
이하 실시예 및 비교예를 통하여 상기 내용을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 제시된 내용에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
위상차 값을 가지지 않는 TAC 필름 상에 요오드 염착 PVA계 편광자를 형성하고, 제 1 +A 필름(Rin: 137nm), 제 1 -C 필름(Rth: -1200 nm) 및 제 2 +A 필름(Rin: 137 nm)을 순차로 형성하여 제 1 적층 필름을 제조하였다. 상기에서 제 1 +A 필름의 지상축이 PVA계 편광자의 흡수축과 -45도를 이루도록 배치하였고, 제 2 +A 필름의 지상축이 PVA계 편광자의 흡수축과 +45도를 이루도록 배치하였다.
다음으로, 제 1 적층 필름의 제 2 +A 필름 상부에 위상차 값을 가지지 않는 TAC 필름 상에 요오드 염착 PVA계 편광자를 형성하고, 제 3 +A 필름(Rin: 137 nm), 제 2 -C 필름(Rth: -2560 nm) 및 제 4 +A 필름(Rin: 137 nm)을 순차로 형성하여 제 2 적층 필름을 제조하였다. 상기에서 제 3 +A 필름의 지상축이 PVA계 편광자의 흡수축과 -45도를 이루도록 배치하였고, 제 4 +A 필름의 지상축이 PVA계 편광자의 흡수축과 +45도를 이루도록 배치하였으며, 제 1 적층 필름의 편광자의 흡수축과 제 2 적층 필름의 편광자의 흡수축이 서로 평행하도록 배치하였다.
다음으로, 제 4 +A 필름 상에 요오드 염착 PVA계 편광자를 그 흡수축이 제 1 적층 필름의 편광자 및 제 2 적층 필름의 편광자의 흡수축과 각각 수직을 이루도록 적층하여 광학 필름을 제조하였다.
비교예 1
비교예 1로서 3M 사의 마이크로 루버 필름(상품명: 3M PF14.1)을 준비하였다.
평가예 1 투과도 평가
실시예 1 및 비교예 1의 광학 필름에 대하여 Axoscan (Axometrics社)를 이용하여 좌우 시야각에 따른 투과도를 평가하고 그 결과를 표 1 및 도 13에 나타내었다. 투과도 평가 결과, 실시예 1 및 비교예 1은 좌우 약 30° 이내의 시야각을 구현하였다. 다만, 실시예 1은 정면 투과율이 약 74% 로서, 비교예 1의 정면 투과율이 약 41%인 것 대비 현저히 개선된 것을 알 수 있다.
실시예 1 비교예 1
정면 투과율 (%) 74% 41%
15° 시야각 투과율 (%) 51% 23%
30° 시야각 투과율 (%) 0% 0%
101: 제 1 선편광자
102: 제 1 위상차 적층 필름
1021: 제 1 양의 일축성 위상차 필름
1022: 제 1 음의 일축성 위상차 필름
1023: 제 2 양의 일축성 위상차 필름
201: 제 2 선편광자
202: 제 2 위상차 적층 필름
2021: 제 3 양의 일축성 위상차 필름
2022: 제 2 음의 일축성 위상차 필름
2023: 제 4 양의 일축성 위상차 필름
301: 제 3 편광자
11, 31, 51: 제 1, 제 2 및 제 3 선편광자의 흡수축
21, 23: 제 1 및 제 2 양의 일축성 위상차 필름의 지상축
22: 제 1 음의 일축성 위상차 필름의 지상축
41, 43: 제 3 및 제 4 양의 일축성 위상차 필름의 지상축
42: 제 2 음의 일축성 위상차 필름의 지상축
401: 액정 패널의 상부 편광판

Claims (21)

  1. 선편광자; 및 상기 선편광자 상부에 형성되어 있고, 하기 일반식 1을 만족하고 면상 위상차값이 양수인 제 1 양의 일축성 위상차 필름, 하기 일반식 2를 만족하고 두께 방향 위상차값이 음수인 음의 일축성 위상차필름 및 하기 일반식 1을 만족하고 면상 위상차 값이 양수인 제 2 양의 일축성 위상차 필름을 순차로 포함하는 위상차 적층 필름을 가지며, 상기 제 1 및 제 2 양의 일축성 위상차 필름의 지상축과 상기 선편광자 흡수축이 이루는 각도의 절대값은 각각 40도 내지 50도 범위 내인 광학 필름:
    [일반식 1]
    nx≠ny≒nz
    [일반식 2]
    nx≒ny≠nz
    일반식 1 또는 2에서, nx, ny 및 nz는 각각 위상차 필름의 x, y 및 z 방향의 굴절률이다.
  2. 제 1 항에 있어서, 음의 일축성 위상차 필름의 550 nm 파장의 광에 대한 두께 방향 위상차값은 -1500 nm 내지 -600 nm 범위 내인 광학 필름.
  3. 제 1 항에 있어서, 제 1 또는 제 2 양의 일축성 위상차 필름의 550 nm 파장의 광에 대한 면상 위상차값은 100 nm 내지 170 nm 범위 내인 광학 필름.
  4. 제 1 항에 있어서, 제 1 양의 일축성 위상차 필름의 지상축과 제 2 양의 일축성 위상차 필름의 지상축은 서로 수직을 이루는 광학 필름.
  5. 제 1 항에 있어서, 제 1 또는 제 2 양의 이축성 위상차 필름 또는 음의 이축성 위상차 필름은 중합성 액정 화합물을 중합된 상태로 포함하는 액정 필름인 광학 소자.
  6. 제 1 항에 있어서, 제 1 또는 제 2 양의 이축성 위상차 필름 또는 음의 이축성 위상차 필름은 고분자 연신 필름인 광학 소자.
  7. 제 1 항에 있어서, 제 2 선편광자 및 일반식 1을 만족하고 면상 위상차값이 양수인 제 3 양의 일축성 위상차 필름, 하기 일반식 2를 만족하고 두께 방향 위상차값이 음수인 제 2 음의 일축성 위상차필름 및 하기 일반식 1을 만족하고 면상 위상차 값이 양수인 제 4 양의 일축성 위상차 필름을 포함하는 제 2 위상차 적층 필름을 추가로 포함하고, 상기 제 3 및 제 4 양의 일축성 위상차 필름의 지상축과 상기 제 2 선편광자 흡수축이 이루는 각도의 절대값은 각각 40도 내지 50도 범위 내인 광학 필름.
  8. 제 7 항에 있어서, 제 1 선편광자의 흡수축과 제 2 선편광자의 흡수축은 서로 평행을 이루는 광학 필름.
  9. 제 7 항에 있어서, 제 2 음의 일축성 위상차 필름의 550 nm 파장의 광에 대한 두께 방향 위상차값은 -2700 nm 내지 -1500 nm 범위 내인 광학 필름.
  10. 제 7 항에 있어서, 제 3 또는 제 4 양의 일축성 위상차 필름의 550 nm 파장의 광에 대한 면상 위상차값은 95 nm 내지 145 nm 범위 내인 광학 필름.
  11. 제 7 항에 있어서, 제 3 양의 일축성 위상차 필름의 지상축과 제 4 양의 일축성 위상차 필름의 지상축은 서로 수직을 이루는 광학 필름.
  12. 제 1 항에 있어서, 제 2 양의 위상차 필름의 상부에 인접하여 존재하는 제 3 선편광자를 추가로 포함하는 광학 필름.
  13. 제 12 항에 있어서, 제 3 선편광자의 흡수축과 제 1 선편광자의 흡수축은 서로 직교를 이루는 광학 필름.
  14. 제 7 항에 있어서, 제 4 양의 위상차 필름의 상부에 인접하여 존재하는 제 3 선편광자를 추가로 포함하는 광학 필름.
  15. 제 14 항에 있어서, 제 3 선편광자의 흡수축은 제 1 선편광자의 흡수축 및 제 2 선편광자의 흡수축과 각각 서로 직교를 이루는 광학 필름.
  16. 제 1 항에 있어서, 정면 투과율이 60% 이상이고, 30도 이상의 경사각에서의 투과율이 10% 이하인 광학 필름.
  17. 액정 패널 및 상기 액정 패널에 인접하여 존재하는 제 1 항의 광학 필름을 포함하는 액정 표시 장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 액정 패널의 상부에 존재하는 상부 편광판을 추가로 포함하고, 광학 필름은 상부 편광판과 제 2 양의 일축성 위상차 필름이 서로 부착된 상태로 존재하도록 배치되어 있는 액정 표시 장치.
  19. 제 17 항에 있어서, 액정 패널의 상부에 존재하는 상부 편광판을 추가로 포함하고, 광학 필름은 상부 편광판과 제 2 양의 일축성 위상차 필름이 서로 부착된 상태로 존재하도록 배치되어 있는 액정 표시 장치.
  20. 제 1 항의 광학 필름을 포함하는 스마트 윈도우.
  21. 제 1 항의 광학 필름을 포함하는 선글라스.
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