KR20170081339A - 광학 필름 - Google Patents

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KR20170081339A KR1020160000268A KR20160000268A KR20170081339A KR 20170081339 A KR20170081339 A KR 20170081339A KR 1020160000268 A KR1020160000268 A KR 1020160000268A KR 20160000268 A KR20160000268 A KR 20160000268A KR 20170081339 A KR20170081339 A KR 20170081339A
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Abstract

본 출원은, 광학 필름 및 광학 필름의 용도에 관한 것으로, 시야각에 따른 선택적인 투과 및 차단 특성을 나타내는 광학 필름을 제공할 수 있고, 이러한 광학 필름은 LCD와 같은 표시 장치의 보안 필름, 차량용 반사 방지 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.
특허문헌 1: 한국공개특허 공보 제2007-0090662호
본 출원은, 광학 필름 및 광학 필름의 용도를 제공한다.
본 출원은 광학 필름에 관한 것이다. 예시적인 광학 필름은 제 1 선편광자, 제 1 액정층 및 제 2 액정층을 순차로 포함한다. 도 1은 제 1 선편광자(101), 제 1 액정층(102) 및 제 2 액정층(103)을 순차로 포함하는 광학 필름을 예시적으로 나타낸다. 상기 제 1 액정층 및 제 2 액정층은 각각 경사 배향된 액정을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 용어 「편광자」는 입사 광에 대하여 선택적 투과 및 차단 특성, 예를 들어 반사 또는 흡수 특성을 나타내는 기능성 층을 의미한다. 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.
본 명세서에서 용어 「경사 배향 」은 액정층을 이루는 액정이 균일하게 특정 각도로 기울어지도록 정렬된 배향 상태를 의미할 수 있다. 도 2는 경사 배향된 액정(10)을 포함하는 액정층(1)을 예시적으로 나타낸다. 도 2에 의하면 액정층을 이루는 액정의 광축(S)이 액정층의 면 방향(P)을 기준으로 A의 경사각으로 기울어지도록 균일하게 정렬된 상태로 경사 배향 되어 있다. 본 명세서에서 용어 「경사각」은 액정의 광축과 액정층의 면 방향이 이루는 최소각을 의미할 수 있다. 본 명세서에서 액정의 광축은 예를 들어, 후술하는 액정의 지상축을 의미할 수 있다. 본 출원에서 액정의 경사 배향은 당 업계에 공지된 액정의 경사 배향 방식에 의하여 수행할 수 있다. 예를 들어, 액정층을 형성할 때 배향막에 자외선을 경사지게 조사하거나 또는 액정에 자기장을 거는 방법으로 경사 배향을 유발할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
하나의 예시에서, 제 1 액정층 및 제 2 액정층은 각각 경사 배향된 액정을포함하는 단일층의 액정층일 수 있다. 상기에서 단일층은 액정층이 하나의 층으로 형성되는 경우를 의미할 수 있다. 따라서, 경사 배향된 액정을 포함하는 단일층의 액정층 하나만이 제 1 선편광자의 상부에 형성된 구조는 본 출원에서 배제될 수 있다.
하나의 예시에서, 제 2 액정층은 제 1 액정층의 일면에 직접 존재할 수 있다. 본 명세서에서 용어 「직접」은 중간에 아무것도 개재시키지 아니한 상태를 의미할 수 있다. 따라서, 제 2 액정층은 별도의 매개체 없이 제 1 액정층의 일면에 존재할 수 있다. 다른 하나의 예시에서, 제 2 액정층은 제 1 액정층의 일면에 점착제 또는 접착제를 매개로 부착된 상태로 존재할 수 있다. 점착제 또는 접착제로는 당 업계에 광학 소자의 부착에 이용되는 것으로 공지된 점착제 또는 접착제를 특별한 제한없이 사용할 수 있다.
하나의 예시에서, 제 1 액정층 및/또는 제 2 액정층에 포함되는 액정은 중합성 액정일 수 있다. 본 명세서에서 용어 「중합성 액정」은, 액정성을 나타낼 수 있는 부위, 예를 들면, 메소겐(mesogen) 골격 등을 포함하고, 또한 중합성 관능기를 하나 이상 포함하는 물질을 의미할 수 있다. 제 1 액정층 및/또는 제 2 액정층은 중합성 액정을 중합된 상태로 포함할 수 있다. 「중합성 액정을 중합된 상태로 포함한다」는 것은 중합성 액정이 중합되어 액정층 내에서 액정 고분자의 주쇄 또는 측쇄와 같은 골격을 형성하고 있는 상태를 의미할 수 있다. 중합성 액정으로는 당 업계에 공지된 중합성 액정을 특별한 제한 없이 사용할 수 있고, 예를 들어, 막대 형상의 중합성 액정 또는 원판 현상의 중합성 액정을 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
하나의 예시에서, 제 1 액정층 및/또는 제 2 액정층에 포함되는 액정은 이상 굴절률(ne, extraordinary refractive index)과 정상 굴절률(no, ordinary refractive index)의 차이 (ne - no)가 약 0.05 내지 0.3, 약 0.06 내지 0.2 또는 약 0.07 내지 0.1일 수 있다. 본 명세서에서 굴절률에 대하여 기재하면서, 특별한 언급이 없는 한, 약 400nm 내지 700nm 범위 내의 어느 한 파장, 예를 들어, 약 550nm 파장에 대해 측정된 값을 의미할 수 있다. 본 명세서에서 액정의 이상 굴절률은 액정의 지상축 방향을 굴절률을 의미할 수 있고, 액정의 정상 굴절률은 액정의 진상축 방향의 굴절률을 의미할 수 있다. 본 명세서에서 지상축은 굴절률이 가장 높은 방향의 축을 의미할 수 있고, 진상축은 지상축에 수직하는 방향 또는 굴절률이 가장 낮은 방향의 축을 의미할 수 있다. 하나의 예시에서, 액정이 막대(rod) 모양인 경우 막대 모양의 장축은 지상축을 의미할 수 있고, 막대 모양의 단축은 진상축을 의미할 수 있다. 다른 하나의 예시에서, 액정이 원판(disk) 모양인 경우 원판 면의 법선 방향의 축이 지상축을 의미할 수 있고, 상기 법선 방향과 수직하는 방향의 축이 진상축을 의미할 수 있다.
하나의 예시에서, 제 1 액정층 및/또는 제 2 액정층은 각각 액정층의 면 방향을 기준으로 30도 초과 내지 70도 이하의 경사각을 갖도록 경사 배향된 액정을 포함할 수 있다. 상기 경사각의 하한은 보다 구체적으로, 30도 초과, 35도 이상, 40도 이상, 45도 이상, 50도 이상, 55도 이상, 57.5도 이상 또는 60도 이상일 수 있고, 상기 경사각의 상한은 보다 구체적으로 70도 이하, 67.5도 이하, 65도 이하, 62.5도 이하 또는 60도 이하일 수 있다. 액정의 경사 배향 각도가 상기 범위 내인 경우 시야각에 따른 선택적인 투과 및 차단 특성을 나타내는 것에 유리하다.제 1 액정층의 액정의 경사각과 제 2 액정층의 액정의 경사각의 관계는 목적하는 시야각에 따른 선택적인 투과 및 차단 특성을 고려하여 적절히 조절될 수 있다.
하나의 예시에서, 제 1 액정층의 액정의 경사각과 제 2 액정층의 액정의 경사각의 차이는 약 0도 내지 30도, 약 0도 내지 25도, 약 0도 내지 20도, 약 0도 내지 15도, 약 0도 내지 10도, 약 0도 내지 5도, 약 0도 내지 4도, 약 0도 내지 3도, 약 0도 내지 2도, 약 0도 내지 1도 또는 0도일 수 있다. 제 1 액정층과 제 2 액정층의 액정의 경사각의 차이가 상기 범위 내인 경우 시야각에 따른 선택적인 투과 및 차단 특성을 적절히 나타낼 수 있다. 또한, 제 1 액정층과 제 2 액정층의 경사각의 차이는 시야각에 따른 선택적인 차단 특성을 나타내는데 있어서, Cut-off angle과 연관성이 있다. 본 명세서에서 Cut-off angle은 투과도가 처음으로 최소가 되는 동경각의 각도를 의미할 수 있다. 예를 들어, 제 1 액정층과 제 2 액정층의 경사각의 차이는 Cut-off angle 및 그 이후 각도에서의 투과율과 연관성이 있다.
하나의 예시에서, 제 1 액정층과 제 2 액정층의 액정의 경사각의 차이가 감소할수록 Cut-off angle이 작아지고, Cut-off angle에서의 투과율이 감소하는 경향이 있다. 따라서, 광학 필름의 차단 성능을 고려하면 제 1 액정층과 제 2 액정층의 액정의 경사각의 차이를 작게 설계하는 것이 유리할 수 있다. 다만, 제 1 액정층과 제 2 액정층의 액정의 경사각의 차이가 감소할수록 Cut-off angle 이후의 각도에서 투과율이 상대적으로 빠르게 상승하는 경항이 있다.
따라서, 광학 필름의 용도에 요구되는 Cut-off angle과 Cut-off angle 후의 각도에서의 투과율을 적절히 고려하여, 상기 범위 내에서 제 1 액정층과 제 2 액정층의 액정의 경사각의 차이를 적절히 선택할 수 있다.
하나의 예시에서, 제 1 액정층의 액정의 경사 방향과 제 2 액정층의 액정의 경사 방향은 광학 필름의 두께 방향을 기준으로 서로 동일한 방향을 가질 수 있다. 본 명세서에서 경사 방향은 도 2에 도시한 액정의 광축(S) 방향을 의미할 수 있다. 본 명세서에서 광학 필름의 두께 방향을 기준으로 서로 동일한 방향을 가진다는 것은 도 17에 도시한 바와 같이 두께 방향을 기준(T)으로 모두 좌측을 향하는 것 또는 두께 방향을 기준으로 모두 우측을 향하는 것을 의미하며, 이들의 경사각이 동일한 것을 의미하는 것은 아니다. 광학 필름이 상기 구조를 가지는 경우 시야각에 따른 선택적인 차단 특성을 적절히 나타낼 수 있다.
다른 하나의 예로, 제 1 액정층의 액정의 경사 방향과 제 2 액정층의 액정의 경사 방향은 광학 필름의 두께 방향을 기준으로 서로 상이한 방향을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 18에 도시한 바와 같이, 두께 방향을 기준(T)으로 제 1 액정층의 액정의 경사 방향은 우측을 향하고 제 2 액정층의 액정의 경사 방향은 좌측을 향하거나 또는 두께 방향을 기준(T)으로 제 1 액정층의 액정의 경사 방향은 좌측을 향하고 제 2 액정층의 액정의 경사 방향은 우측을 향할 수 있다. 광학 필름이 상기 구조를 가지는 경우에도 시야각에 따른 선택적인 차단 특성을 적절히 나타낼 수 있다.
하나의 예시에서, 제 1 액정층 및 제 2 액정층은 각각 550 nm 파장의 광에 대한 면 방향 위상차 값 (Rin)이 약 150 nm 내지 400 nm, 약 200 nm 내지 350 nm 또는 약 250 nm 내지 300 nm일 수 있다. 본 명세서에서 면 방향 위상차 값 (Rin)은 하기 수식 A로 규정되는 값일 수 있다..제 1 액정층 및/또는 제 2 액정층의 위상차 값이 상기 범이 내인 경우 시야각에 따른 선택적인 투과 및 차단 특성을 나타내는데 유리하다.
[수식 A]
Rin = d (nx - ny)
수식 A 에서 d는 액정층의 두께이고, nx및 ny 는 각각 액정층의 x축 방향 및 y축 방향의 굴절률을 의미한다. 상기에서, x축은 액정층 면상의 어느 일 방향을 의미하고, y축은 상기 x축에 수직하는 면상 방향을 의미할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 x축은 액정층의 면상의 굴절률이 가장 높은 방향과 평행한 방향일 수 있고, 상기 y축은 액정층의 면상의 굴절률이 가장 낮은 방향과 평행한 방향일 수 있다.
하나의 예시에서, 제 1 액정층 및/또는 제 2 액정층의 두께는 목적하는 시야각에 따른 선택적인 투과 및 차단 특성을 고려하여 적절히 조절될 수 있다. 하나의 예시에서, 제 1 액정층 및/또는 제 2 액정층의 두께는, 경사 배향 액정의 굴절률 이방성, 액정층의 위상차 값, 균일한 코팅을 형성한다는 측면을 고려하여, 제 1 액정층 및/또는 제 2 액정층의 두께는 각각 약 1㎛ 내지 10㎛, 약 1㎛ 내지 9 ㎛, 약 1㎛ 내지 8㎛, 약 1㎛ 내지 7㎛, 약 1㎛ 내지 6㎛, 약 2㎛ 내지 5㎛, 약 2.5㎛ 내지 4.5㎛, 약 3㎛ 내지 4㎛ 또는 약 3㎛일 수 있으나, 두께 범위가 반드시 상기 범위로 제한되는 것은 아니다.
또한, 제 1 및 제 2 액정층의 두께는 제 1 및 제 2 액정층의 액정의 경사 방향에 따라 시야각에 따른 선택적인 차단 특성을 효과적으로 나타낼 수 있도록 상호 적절히 조절될 수 있다.
예를 들어, 제 1 액정층의 액정의 경사 방향과 제 2 액정층의 액정의 경사 방향이 광학 필름의 두께 방향을 기준으로 서로 동일한 방향을 이루고 있는 경우 제 1 및 제 2 액정층의 두께의 차이가 적은 것이 시야각에 따른 선택적인 차단 특성을 효과적으로 나타낼 수 있다. 이 경우, 제 1 및 제 2 액정층의 두께 차이는, 예를 들어, 1 ㎛ 이하, 0.8 ㎛ 이하, 0.6 ㎛ 이하, 0.4 ㎛ 이하, 0.2 ㎛ 이하 또는 0.1㎛ 이하이거나 서로 동일한 두께 범위를 가지는 것을 사용할 수 있다.
다른 예로, 제 1 액정층의 액정의 경사 방향과 제 2 액정층의 액정의 경사 방향이 광학 필름의 두께 방향을 기준으로 서로 상이한 방향을 이루고 있는 경우 제 1 및 제 2 액정층의 두께의 차이가 어느 정도 있는 것이 시야각에 따른 선택적인 차단 특성을 나타내기 위하여 유리할 수 있다. 이 경우, 제 1 및 제 2 액정층의 두께의 차이는, 예를 들어, 1 ㎛ 초과, 2 ㎛ 이상 또는 3 ㎛ 이상일 수 있고, 제 1 및 제 2 액정층의 두께 차이의 상한은 예를 들어, 5 ㎛ 이하 또는 4 ㎛ 이하일 수 있다.또한, 제 1 액정층 및/또는 제 2 액정층의 두께는, 경사각에서 선택적인 투과 특성을 나타내는데 있어서, Cut-off angle 및 그 이후 각도에서의 투과율과 연관성이 있다. 하나의 예시에서, 제 1 액정층 및/또는 제 2 액정층의 두께가 증가할수록 Cut-off angle이 작아지고, Cut-off angle에서의 투과율이 감소하는 경향이 있다. 따라서, 광학 필름의 차단 성능을 고려하면 액정층의 두께를 두껍게 설계하는 것이 유리할 수 있다. 다만, 제 1 액정층 및/또는 제 2 액정층의 두께가 증가할수록 Cut-off angle 이후의 각도에서 투과율이 상대적으로 빠르게 상승하는 경항이 있다. 상기 액정층의 두께에 따른 선택적인 투과 특성의 경향성을 고려하면 제 1 액정층 및/또는 제 2 액정층의 두께 범위를 각각 상기 범위 내로 하는 것이 적절할 수 있다. 다만, 전술한 바와 같이 제 1 액정층 및/또는 제 2 액정층의 두께는 상기 범위에 제한되는 것은 아니고 선택적이 투과 특성에 있어서 요구되는 Cut-off angle과 Cut-off angle 및 그 후의 각도에서의 투과율을 적절히 고려하여 상기 범위 외의 두께로도 조절될 수 있다.
광학 필름은 시야각에 따른 선택적인 투과율을 나타낼 수 있다. 하나의 예시에서, 광학 필름은 소정 동경각 및 경사각에서 관찰하는 경우 낮은 투과율을 나타낼 수 있고, 상기 소정 동경각 이외의 동경각의 경사각에서 관찰하는 경우 높은 투과율을 나타낼 수 있다. . 본 명세서에서 광학 필름을 관찰하는 경우에 있어서, 용어 「경사각 및 동경각」은 도 3을 참조하여 설명할 수 있다. 예를 들어, 도 3에서 x축과 y축에 의한 평면(xy 평면)을 광학 필름의 표면이라고 하면, 경사각은 상기 xy 평면의 법선, 즉 도 3의 z축과 관찰 방향(P)이 이루는 각도(도 3의 θ)을 의미한다. 또한, 동경각은, 예를 들면, x축과 관찰 방향(P)의 xy 평면에 대한 투영이 이루는 각도(도 2의 φ)를 의미한다. 본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한 경사 광은 약 30 도 내지 50도 범위 내의 경사각에서 입사되는 광을 의미할 수 있다.
광학 필름은 제 1 액정층 및 제 2 액정층의 광축과 제 1 선 편광자의 흡수축을 조절하는 것에 의하여 시야각에 따른 선택적인 투과율을 설계할 수 있다. 이하, 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.
하나의 예시에서, 제 1 액정층 및/또는 제 2 액정층의 면 방향 광축은 각각 제 1 선편광자의 흡수축과 평행을 이룰 수 있다. 본 명세서에서 용어 「면 방향 광축」은 액정층의 평균 광축의 액정층 평면으로의 투영을 의미할 수 있다. 본 명세서에서 용어 「평균 광축」은 액정층 내의 존재하는 광축의 벡터들의 합을 의미할 수 있다.
하나의 구체적인 예시에서, 제 1 액정층 및 제 2 액정층의 면 방향 광축은 각각 제 1 선평자의 흡수축과 평행을 이룰 수 있다. 이러한 광학 필름은 예를 들어, 동경각 85 내지 95의 경사각에서 관찰하는 경우 및 동경각 265도 내지 275도의 경사각에서 관찰하는 경우에 대하여 상대적으로 낮은 투과율을 나타낼 수 있다. 이러한 광학 필름은 또한, 상기 동경각 이외의 동경각, 예를 들어 동경각 355도 내지 5도의 경사각에서 관찰하는 경우 및 동경각 175도 내지 185도의 경사각에서 관찰하는 경우에 대하여 상대적으로 높은 투과율을 나타낼 수 있다.
또한, 상기 광학 필름은 동경각 85 내지 95도에서 경사각 50도로 입사하는 광 및 동경각 265도 내지 275에서 경사각 50도로 입사하는 광에 대하여 각각 약 30% 이하의 투과율을 나타낼 수 있다. 또한, 상기 광학 필름은 동경각 355도 내지 5도에서 경사각 50도로 입사하는 광 및 동경각 175도 내지 185도에서 경사각 50도로 입사하는 광에 대하여 각각 약 80% 이상의 투과율을 나타낼 있다.
본 명세서에서 경사각에 대한 투과율에 대하여 기재하면서 특별한 언급이 없는 경우 약 50도 경사각에서의 투과율을 의미할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 동경각에 대한 투과율을 기재하면서 특별한 언급이 없는 경우, 제 1 선편자의 흡수축을 동경각 약 0도 및 약 180도로 보는 경우의 동경각에 대한 투과율을 의미할 수 있다.
다른 하나의 예시에서, 제 1 액정층 및 제 2 액정층의 면 방향 광축은 각각 제 1 선편광자의 흡수축과 약 10도 이상의 각도를 이루도록 배치될 수 있다. 상기 각도는, 보다 구체적으로 약 10도 이상, 약, 12.5도 이상, 약 15도 이상, 약 17.5도 이상, 약 20도 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고 목적하는 시야각의 선택적인 투과 특성을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.
이러한 광학 필름은 동경각 85 내지 95의 경사각에서 관찰하는 경우 및 동경각 265도 내지 275의 경사각에서 관찰하는 경우에 대하여 상대적으로 낮은 투과율을 나타낼 수 있고, 상기 동경각 이외의 동경각, 예를 들어 동경각 355도 내지 5도의 경사각에서 관찰하는 경우 및 동경각 175도 내지 185도의 경사각에서 관찰하는 경우에 대하여 상대적으로 높은 투과율을 나타낼 수 있다.
또한, 상기 광학 필름은 동경각 85 내지 95도에서 경사각 50도로 입사되는 광에 대하여 약 10% 이하의 투과율을 나타낼 수 있고, 동경각 265도 내지 275에서 경사각 50로 입사되는 광에 대하여 약 60% 이하의 투과율을 나타낼 수 있다. 또한, 상기 광학 필름은 동경각 355도 내지 5도에서 경사각 50도로 입사되는 광 및 동경각 175도 내지 185도에서 경사각 50도로 입사되는 광에 대하여 각각 약 80% 이상의 투과율을 나타낼 있다.
다른 하나의 예시에서, 제 1 액정층 및/또는 제 2 액정층의 면 방향 광축은 제 1 선평자의 흡수축과 평행을 이루도록 배치될 수 있다. 하나의 구체적인 예시에서, 제 1 액정층 및 제 2 액정층의 면 방향 광축은 제 1 선평자의 흡수축과 평행을 이루도록 배치될 수 있다.
이러한 광학 필름은 동경각 355도 내지 5의 경사각에서 관찰하는 경우 및 동경각 175도 내지 185도의 경사각에서 관찰하는 경우 상대적으로 낮은 투과율을 나타낼 수 있고. 상기 동걍각 이외의 동경각, 예를 들어 동경각 85 내지 95도의 경사각에서 관찰하는 경우 및 동경각 265도 내지 275도의 경사각에서 관찰하는 경우 상대적으로 높은 투과율을 나타낼 수 있다.
또한, 상기 광학 필름은 동경각 355도 내지 5도에서 경사각 50로 입사되는 광 및 동경각 175도 내지 185도에서 경사각 50도로 입사하는 광에 대하여 각각 약 30% 이하의 투과율을 나타낼 수 있다. 또한, 상기 광학 필름은 동경각 85 내지 95도에서 경사각 50도로 입사하는 광 및 동경각 265도 내지 275도에서 경사각 50도로 입사하는 광에 대하여 각각 약 80% 이상의 투과율을 나타낼 수 있다.
본 출원에서 제 1 액정층 및 제 2 액정층의 면 방향 광축과 제 1 선 편광자의 흡수축의 설계는 상기에 제한되는 것은 아니고 목적하는 시야각에 따른 선택적인 투과율을 고려하여 적절히 변경될 수 있다.
본 출원의 광학 필름은 목적하는 시야각에 따른 선택적인 투과 및 차단 특성을 고려하여, 제 1 액정층과 제 2 액정층 사이에 광학층을 추가로 더 포함할 수도 있다.
하나의 예시에서, 상기 광학층은 하나 이상의 경사 배향된 액정을 포함하는 액정층일 수 있다. 도 4는 제 1 액정층 (102)과 제 2 액정층(103) 사이에 경사 배향된 액정을 포함하는 액정층(201)을 포함하는 광학 필름을 예시적으로 나타낸다. 이 경우 상기 액정층의 경사 배향 각도, 면 방향의 광축과 제 1 편광자의 흡수축이 이루는 각도, 두께 등은 목적하는 시야각에 따른 선택적인 투과 및 차단 특성을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.
다른 하나의 예시에서, 상기 광학층은 스프레이 배향된 액정을 포함하는 액정층일 수 있다. . 도 5는 제 1 액정층 (102)과 제 2 액정층(103) 사이에 스프레이 배향된 액정을 포함하는 액정층(301)을 포함하는 광학 필름을 예시적으로 나타낸다. 본 명세서에서 용어 「스프레이 배향」은 액정층에 포함되는 액정의 경사각이 액정층의 두께 방향에 따라 점진적으로 변화하는 배향 상태를 의미할 수 있다. 하나의 예시에서, 스프레이 배향은 액정층에 포함되는 액정의 최소 경사각이 약 0도 내지 20도인 범위 내이고, 최대 경사각이 약 70도 내지 90도인 범위 내에서, 상기 경사각이 액정층의 두께 방향에 따라 점진적으로 증가하거나 또는 감소하는 배향 상태를 의미할 수 있다.
스프레이 배향은 선형(Linear) 스프레이 배향과 비선형(non-Linear) 스프레이 배향으로 구분될 수 있다. 본 명세서에서 용어 「선형(Linear) 스프레이 배향」은 액정층의 두께를 x축으로 하고 해당 두께에 대응하는 로컬 틸트각(Local Tilt Angle)을 y축으로 하여 도시된 그래프가 선형 그래프를 나타내는 배향 상태, 즉 그 기울기가 상수(常數, constant)인 배향 상태를 의미한다. 하나의 예시에서, 선형 스프레이 배향은 액정층의 전체 두께(d)에 대한 해당 두께(z)의 비(z/d)를 x축으로 하고 (즉, x= 0 내지 1.0), 해당 두께에 대응하는 로컬 틸트각을 y축으로 하되, y축에서 최소 틸트각과 최대 틸트각의 간격(b)을 x= 0 내지 1.0 범위 내의 간격(a)과 동일하게 하여, 도시된 그래프의 기울기가 x축에 따라 일정한 배향 상태, 예를 들어, 평균 기울기가(tilt factor)가 약 0.95 내지 1.05 범위 내인 배향 상태를 의미할 수 있다 (도 6의 그래프 A 참조).
이와 달리, 본 명세서에서 용어「비선형(non-linear) 스프레이 배향」은 액정층의 두께를 x축으로 하고 해당 두께에 대응하는 로컬 틸트각을 y축으로 하여 도시된 그래프가 비선형 그래프를 나타내는 배향 상태, 즉 그 기울기가 액정층의 두께에 따라 변화하는 배향 상태를 의미한다. 하나의 예시에서, 비선형 스프레이 배향은 액정층의 두께에 대한 틸트각의 기울기가 점진적으로 증가하거나 또는 점진적으로 감소하는 배향 상태를 의미할 수 있다. 하나의 예시에서, 비선형 스프레이 배향은 액정층의 전체 두께(d)에 대한 해당 두께(z)의 비(z/d)를 x축으로 하고 (즉, x= 0 내지 1.0), 해당 두께에 대응하는 로컬 틸트각을 y축으로 하되, y축에서 최소 틸트각과 최대 틸트각의 간격(b)을 x= 0 내지 1.0 범위 내의 간격(a)과 동일하게 하여, 도시된 그래프의 기울기가 x축에 따라 점진적으로 감소하되, 평균 기울기(tilt factor)가 약 0.95 미만이거나 (도 6의 그래프 B 참조) 또는 x축에 따라 점진적으로 증가하되, 평균 기울기(tilt factor)가 약 1.05 초과인 배향 상태를 의미할 수 있다 (도 6의 그래프 C 참조).
본 명세서에서 틸트 팩터(tilt factor)에 대하여 특별한 언급이 없는 한, Axoscan((주)Axometrix사)을 이용하여 각도별 필름의 위상차를 측정하여 도출된 틸트 팩터 값을 의미할 수 있다. 스프레이 배향 액정층의 틸트 팩터는 스프레이 배향 액정층의 제조 시에 공정 온도를 조절함으로써 조절될 수 있다. 하나의 예시에서, 스프레이 배향 액정층은 공지의 스프레이 배향성 액정 조성물의 층을 경화시켜 제조될 수 있다. 상기에서 경화는 스프레이 배향성 액정 조성물의 층에 자외선을 조사함으로써 수행될 수 있고, 상기 자외선의 조사 시의 온도를 조절하는 것에 의하여 스프레이 배향 액정층의 틸트 팩터를 조절할 수 있다. 예를 들어, 자외선 조사 시의 온도가 높을수록 틸트 팩터가 상승하는 경향이 있다.
상기에서, 스프레이 배향된 액정을 포함하는 액정층의 틸트 팩터, 면 방향의 광축과 제 1 편광자의 흡수축이 이루는 각도, 두께 등은 목적하는 시야각에 따른 선택적인 투과 및 차단 특성을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.
다른 하나의 예시에서, 상기 광학층은 하기 일반식 1을 만족하고 두께 방향 위상차 값이 양수인 위상차 필름일 수 있다. 이러한 위상차 필름은 소위 +C 플레이트로 호칭될 수 있다. 도 7은 제 1 액정층 (102)과 제 2 액정층(103) 사이에 상기 위상차 필름(401)을 포함하는 광학 필름을 예시적으로 나타낸다.
상기 위상차 필름은 수직 배향된 액정을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 용어「수직 배향」은 액정의 광축이 필름 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 것을 의미할 수 있다. 이러한 광학 필름은 넓은 파장 대역의 광, 예를 들어, 가시광의 전 파장 대역의 광에 대하여 상기 시야각에 따른 선택적인 투과 특성을 균일하게 나타낸다는 측면에서 유리하다. 즉, 상기 광학 필름은 넓은 파장 대역에서 균일한 투과 특성을 나타내므로 우수한 컬러 특성을 나타낼 수 있다.
본 출원의 광학 필름은 목적하는 시야각에 따른 선택적인 투과 및 차단 특성을 고려하여, 제 1 선편광자와 제 1 액정층 사이에 트위스트 네마틱 액정층 또는 1/2 파장 위상 지연층을 추가로 포함할 수도 있다. 도 8은 제 1 선편광자(101)와 제 1 액정층(102) 사이에 트위스트 네마틱 액정층(501)을 포함하는 광학 필름을 예시적으로 나타낸다. 도 9는 제 1 선편광자(101)와 제 1 액정층(102) 사이에 1/2 파장 위상지연층(601)을 포함하는 광학 필름을 예시적으로 나타낸다.
본 명세서에서 「트위스트 네마틱 액정층」은 트위스티드 배향된 네마틱 액정 화합물을 포함하는 층을 의미하고, 이러한 층은, 예를 들면, 액정 고분자층일 수 있다. 액정 고분자층은, 예를 들면, 중합성의 액정 화합물이 트위스티드 배향된 상태로 중합되어 고분자를 형성한 층을 의미할 수 있다. 본 명세서에서 「액정 화합물이 트위스티드 배향되어 있다는 것」은, 액정 분자의 도파기가 나선축을 따라 꼬이면서 층을 이루며 배향한 나선형의 배향 구조를 의미할 수 있다. 이와 같은 구조는 소위 콜레스테릭 배향 형태와 유사하지만, 액정 분자의 도파기가 360도의 회전을 완성하기까지의 거리를 「피치(pitch)」라고 할 때에 트위스티드 네마틱 액정층은 두께가 상기 피치 미만인 점에서 콜레스테릭 배향과는 구별될 수 있다. 즉, 트위스티드 네마틱 액정층에서는 액정 분자의 도파기가 360도의 회전하고 있지 않을 수 있다. 이러한 트위스티드 네마틱 액정층은 예를 들면 적절한 필름 또는 시트상에 형성되어 있을 수 있다.
본 명세서에서「n 파장 위상 지연 특성」은 적어도 일부의 파장 범위 내에서, 입사 광을 그 입사광의 파장의 n배 만큼 위상 지연 시킬 수 있는 특성을 의미할 수 있다. 따라서, 1/2 위상지연층은 적어도 일부의 파장 범위 내에서, 입사 광을 그 입사광의 파장의 1/2배 큼 위상 지연 시킬 수 있는 특성을 의미할 수 있다. 1/2파장 위상지연층은 예를 들어, 550 nm의 파장에 대하여 200 nm 내지 290 nm 또는 220nm 내지 280nm의 범위 내의 면상 위상차를 발현할 수 있다. 1/2파장 위상지연층은 상기 위상 지연 특성을 나타내는 것이라면 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 액정 필름 또는 고분자 연신 필름을 사용할 수 있다.
광학 필름이 트위스트 네마틱 액정층 또는 1/2파장 위상지연층을 추가로 포함하는 경우 전술한 제 1 편광자자의 흡수축과 제 1 및 제 2 액정층의 면 방향 광축이 이루는 각도와 경사각에서 동경각에 따른 선택적인 투과 특성의 경향을 반대로 할 수 있다. 하기 예시에서 투과율 및 경사각에 대한 구체적인 수치는 전술한 수치가 동일하게 적용될 수 있다.
예를 들어, 광학 필름이 제 1 선편광자와 제 1 액정층의 사이에 트위스트 네마틱 액정층 또는 1/2 위상지연층을 포함할 때, 제 1 및 제 2 액정층의 면 방향 광축이 각각 제 1 선편광자의 흡수축과 평행을 이루는 경우 동경각 355 내지 5의 경사각에서 관찰하는 경우 및 동경각 175도 내지 185의 경사각에서 관찰하는 경우에 대하여 상대적으로 낮은 투과율을 나타낼 수 있고, 상기 동경각 이외의 동경각, 예를 들어 동경각 85도 내지 95도의 경사각에서 관찰하는 경우 및 동경각 265도 내지 275도의 경사각에서 관찰하는 경우에 대하여 상대적으로 높은 투과율을 나타낼 수 있다
또는, 광학 필름이 제 1 선편광자와 제 1 액정층의 사이에 트위스트 네마틱 액정층 또는 1/2 위상지연층을 포함할 때, 제 1 및 제 2 액정층의 면 방향 광축이 각각 제 1 선편광자의 흡수축과 수직을 이루는 경우 동경각 85 내지 95의 경사각에서 관찰하는 경우 및 동경각 265도 내지 275의 경사각에서 관찰하는 경우에 대하여 상대적으로 낮은 투과율을 나타낼 수 있고, 상기 동경각 이외의 동경각, 예를 들어 동경각 355도 내지 5도의 경사각에서 관찰하는 경우 및 동경각 175도 내지 185도의 경사각에서 관찰하는 경우에 대하여 상대적으로 높은 투과율을 나타낼 수 있다.
본 출원의 광학 필름에 있어서, 전술한 바와 같이, 제 1 및 제 2 액정층의 면 방향 광축이 제 1 선편광자의 흡수축과 이루는 각도에 따라 경사각에서 동경각 선택적인 투과 특성을 나타낼 수 있다. 특히, 제 1 및 제 2 액정층의 면 방향 광축이 각각 제 1 선편광자의 흡수축과 수직을 이루는 경우에는, 평행을 이루는 경우에 비하여, 동경각 전 방위에서 균일하고 예리한 타원 형상의 투과율을 나타내는데 유리하다. 따라서, 광학 필름이 동경각 85 내지 95의 경사각에서 관찰하는 경우 및 동경각 265도 내지 275의 경사각에서 관찰하는 경우에 대하여 상대적으로 낮은 투과율을 나타내도록 설계함에 있어서, 광학 필름의 제 1 액정층과 제 1 선편광자의 사이에 트위스트 네마틱 액정층 또는 1/2파장 위상지연층을 배치하고, 제 1 및 제 2 액정층의 면 방향 광축이 각각 제 1 선편광자의 흡수축과 수직을 이루도록 하는 것이 동경각 전 방위에서 균일한 타원 형상의 투과율 저하를 나타낸다는 측면에서 유리할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
본 출원의 광학 필름은 점착제층 또는 접착제층을 추가로 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 제 2 액정층은 점착제층 또는 접착제층을 매개로 제 1 액정층에 부착된 상태로 존재할 수 있다. 도 10은 제 2 액정층 (103)이 점착제층 또는 점착제층(701)을 매개로 제 1 액정층(102)에 부착된 광학 필름을 예시적으로 나타낸다. 한편, 광학 필름을 이루는 각 층도 점착제층 또는 접착제층을 매개로 서로 부착된 상태로 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.
본 출원의 광학 필름에 있어서, 상기 제 1 액정층 또는 제 2 액정층의 일면에 기재층을 추가로 포함할 수 있다. 하나의 예시에서, 도 11에 나타낸 바와 같이, 제 1 액정층(102)은 제 2 액정층의 반대 측면에 기재층(801A)을 포함할 수 있고, 제 2 액정층(103)은 제 1 액정층의 반대 측면에 기재층(801B)을 포함할 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); COC(cyclo olefin polymer), 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 예시에서, 기재층으로는 면상 위상차 값이 적은 기재층을 사용할 수 있다. 상기 기재층으로는, 예를 들어, 면상 위상차 값이 약 10 nm 이하인 연신되지 않은 상태의 Normal TAC이나 또는 면상 위상차 값이 약 10 nm이하이고 두께 방향 위상차 값도 약 5nm인 NRT (no retardation TAC) 또는 ORT(O-retardation TAC)이나, 또는 면상 위상차 값이 실질적으로 없는 COP 또는 COC 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고 광학 필름의 용도에 따라 전술한 기재층의 종류를 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
본 출원의 광학 필름은 하나 이상의 배향막을 추가로 포함할 수 있다. 배향막은 제 1 액정층 및/또는 제 2 액정층의 광축을 조절할 수 있다. 상기 배향막은 제 1 액정층 또는 제 2 액정층의 일면에 인접하여 존재할 수 있다. 하나의 예시에서, 제 1 액정층은 제 2 액정층의 반대 측면에 배향막을 포함할 수 있고, 제 2 액정층은 제 1 액정층의 반대 측면에 배향막을 포함할 수 있다. 만약 광학 필름이 도 11과 같이 기재층을 포함하는 경우, 배향막(901A, 901B)은 각각 도 12에 나타낸 바와 같이 기재층(801A)과 제 1 액정층(102)의 사이 및 기재층(801B)과 제 2 액정층(103)의 사이에 포함될 수 있다. 배향막으로는, 예를 들어 러빙 배향막과 같이 접촉식 배향막 또는 광배향막 화합물을 포함하여 직선 편광의 조사 등과 같은 비접촉식 방식에 의해 배향 특성을 나타낼 수 있는 것으로 공지된 배향막을 제한없이 사용할 수 있다.
본 출원의 광학 필름은 제 2 선편광자를 추가로 포함할 수 있다. 하나의 예시에서, 도 13에 나타낸 바와 같이, 제 2 선편광자(100)는 제 2 액정층(103)의 제 1 액정층 반대 측면에 존재할 수 있다. 제 2 선편광자의 정의 및 종류 등에 대한 사항은 제 1 선편광자의 항목에서 기술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 2 선편광자의 흡수축과 제 1 선편광자의 흡수축은 서로 평행을 이룰 수 있다. 이러한 광학 필름은 예를 들어, 소정 동경각의 경사각에서 관찰하는 경우 제 1 및 제 2 액정층이 제 1 및 제 2 선편광자 중 어느 하나의 선 편광자를 통과한 편광의 진동 방향을 약 80도 내지 90도로 회전하는 역할을 수행할 수 있고, 진동 방향이 회전된 편광은 나머지 하나의 선편광자를 통과하지 못하므로, 소정 동경각의 경사각에서 관찰하는 경우 투과율을 감소시킬 수 있다.
본 출원의 광학 필름은 제 1 선편광자의 제 1 액정층 반대 측면에 제 3 액정층 및 제 3 선편광자를 추가로 포함할 수 있다. 도 14는 제 1 선편광자(101)의 제 1 액정층 반대 측면에 제 3 액정층(200) 및 제 3 선편광자(300)을 추가로 포함하는 광학 필름을 예시적으로 나타낸다. 상기 제 3 액정층에서 경사 배향 액정과 관련된 사항은 제 1 및 제 2 액정층의 항목에서 기술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 제 3 액정층은 경사 배향된 액정을 포함할 수 있다. 상기 제 3 액정층은 면 방향을 기준으로 약 30도 내지 35도의 경사각을 갖도록 경사 배향된 액정을 포함할 수 있다. 상기 제 3 편광자의 정의 및 종류 등에 대한 사항은 제 1 선편광자의 항목에서 기술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 제 3 편광자의 흡수축과 제 1 선편광자의 흡수축은 서로 평행을 이룰 수 있다. 이러한 광학 필름은 시야각이 커지는 경우에도 투과도가 상승하는 문제없이 선택적인 차단 특성을 효과적으로 나타낼 수 있다는 측면에서 유리하다.
본 출원은 상기 광학 필름의 용도에 관한 것이다. 하나의 예시에서, 본 출원은 상기 광학 필름 및 표시 패널을 포함하는 표시 장치에 관한 것이다. 이하 광학 필름에 대하여 기술하면서 특별한 언급이 없는 한 전술한 광학 필름에 대한 내용이 동일하게 적용될 수 있다. 상기 광학 필름은 소정의 경사각에서 동경각에 따른 선택적인 투과 및 차단 특성을 나타낼 수 있다. 따라서, 상기 광학 필름은 표시 장치의 보안 필름 또는 반사 방지 필름으로 유용하게 사용될 수 있다. 하나의 예시에서 상기 광학 필름은 표시 장치의 표시 화면 측 또는 관찰자 측에 배치될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 표시 패널은 표시 화면 측 또는 관찰자 측에 상부 편광판을 포함할 수 있다. 상기 표시 패널은 상부 편광판의 반대측에, 즉 광원 측에 하부 편광판을 포함할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 광학 필름은 상기 표시 패널의 일면에, 제 1 선편광자에 비하여 제 2 액정층이 상기 상부 편광판에 가깝도록 배치될 수 있다. 도 15는 제 1 선 편광자(101)에 비하여 제 2 액정층(103)이 상기 상부 편광판(400)에 가깝도록 배치된 표시 장치를 예시적으로 나타낸다. 상기 상부 편광판은 광학 필름의 항목에서 기술한 제 2 선편광자에 대응되는 구성일 수 있다. 예를 들어, 상기 상부 편광판의 흡수축과 제 1 선편광자의 흡수축은 서로 평행을 이룰 수 있다.
관찰자가 상기 표시 장치의 광학 필름 측에서 소정 동경각의 경사각에서 표시 장치를 관찰하는 경우, 제 1 액정층 및 제 2 액정층이 액정 패널의 상부 편광판을 통과한 편광 이미지의 진동 방향을 약 80도 내지 90도로 회전하는 역할을 수행할 수 있고, 진동 방향이 회전된 편광은 광학 필름의 제 1 선 편광자를 통과하지 못하므로 투과율을 감소시킬 수 있다.
하나의 예시에서, 투과 특성을 나타내는 동경각에서 표시 장치를 관찰하는 경우 관찰자는 표시 장치의 이미지를 상대적으로 잘 관찰할 수 있고, 차단 특성을 나타내는 동경각에서 표시 장치를 관찰하는 경우 관찰자는 표시 장치의 이미지를 상대적으로 잘 관찰할 수 없으므로, 상기 광학 필름은 표시 장치의 보안 필름으로서 기능할 수 있다.
다른 하나의 예시에서, 표시 장치를 반사 기능을 가지는 외부 환경에서 사용하는 경우 상기 반사 기능을 가지는 외부 환경에 표시 장치의 이미지가 반사되어 비치는 현상을 감소 시킬 수 있으므로 반사 방지 필름으로 사용될 수 있다. 상기 반사 기능을 가지는 외부 환경으로는 차량의 윈도우를 예시할 수 있다. 예를 들어, 관찰자가 투과 특성을 나타내는 동경각에서 표시 장치를 관찰할 수 있도록 표시 장치를 배치하고, 반사 기능을 가지는 외부 환경이 차단 특성을 나타내는 동경각에 위치하도록 표시 장치를 배치하는 경우, 관찰자는 표시 장치의 이미지를 관찰할 수 있고, 반사성 외부 환경에 의해 표시 장치의 이미지가 반사되어 비치는 현상은 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 반사 기능을 가지는 외부 환경이 차량의 윈도우인 경우, 상기 표시 장치를 차량의 운전석의 측면에서 관찰할 수 있도록 배치하는 경우, 차량 전면 윈도우에 표시 장치의 이미지가 반사되어 관찰자에게 비치는 현상을 감소시킬 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 표시 장치는 액정 표시 장치일 수 있다. 상기 액정 표시 장치는 광원, 액정 표시 패널 및 상기 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, 광원측으로부터 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.
상기 액정층은, 구동하고자 하는 액정 표시 소자의 모드에 따라 적절한 종류의 액정을 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 광학 필름은 IPS(In Plane Switching), TN(Twisted Nematic) 모드의 액정 표시 장치에 시야각에 따른 투과 특성을 조절하기 위하여 적용될 수 있으나, 액정 표시 장치의 모드가 반드시 이에 제한되는 것은 아니고, 다양한 모드의 액정 표시 장치에 적용될 수 있다.
하나의 예시에서, 본 발명의 광학 필름이 IPS 모드의 액정 표시 소자에 적용되는 경우 시야각에 따른 선택적인 투과 및 차단 특성을 나타내는데 유리하다. 다른 하나의 예시에서, 본 발명의 광학 필름을 TN 모드의 액정 표시 소자에 적용하는 경우, 필요에 따라, 별도의 광학 필름이 추가로 배치되는 경우, 시야각에 따른 선택적인 투과 및 차단 특성을 나타내는 것에 더욱 유리할 수 있다. 상기 별도의 광학 필름으로는 1/2 파장 위상지연층 또는 트위스티드 네마틱 액정층 등이 예시될 수 있다. 상기 별도의 광학 필름으로 1/2 파장 위상지연층을 사용하는 경우 상기 1/2 파장 위상지연층의 광축과 제1 선편광자의 흡수축은 약 20도 내지 25도, 구체적으로 약 22도 내지 약 23도, 보다 구체적으로 약 22.5도의 각도를 이룰 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.
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.
본 출원의 광학 필름은 또한 스마트 윈도우 또는 선 글라스에 유용하게 사용될 수 있다. 본 명세서에서 용어 「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 용어 「선 글라스(Sun Glass)」는 태양 광으로부터 눈을 보호하기 위한 기능성 소자를 의미할 수 있다. 본 출원의 광학 필름을 포함하는 예를 들어, 스마트 윈도우 또는 선 글라스는 도 16에 나타낸 바와 같이, 특히 소정 동경각의 경사각에서 입사하는 광에 대한 투과율은 낮출 수 있고, 상기 소정 동걍각 이외의 동경각의 경사각에서 입사하는 광에 대한 투과율은 높일 수 있는 특성을 가질 수 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 출원은 시야각에 따른 선택적인 투과 및 차단 특성을 나타내는 광학 필름을 제공할 수 있고, 이러한 광학 필름은 LCD와 같은 표시 장치의 보안 필름, 차량용 반사 방지 필름, 스마트 윈도우 및 선 글라스 등에 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 본 출원의 광학 필름의 모식도이다.
도 2는 경사 배향된 액정을 설명하기 위한 모식도이다.
도 3은 경사각 및 동경각을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4 내지 5는 본 출원의 광학 필름의 모식도이다.
도 6은 스프레이 배향을 설명하기 위한 모식도이다.
도 7 내자 14는 본 출원의 광학 필름의 모식도이다.
도 15는 본 출원의 액정 표시 장치의 모식도이다.
도 16은 본 출원의 스마트 윈도우 또는 선글라스의 시야각에 따른 선택적인 투과 및 차단 특성을 설명하기 위한 모식도이다.
도 17 및 도 18은 경사 방향을 설명하기 위한 모식도이다.
도 19 및 도 20은 동경각 90도에서 경사각에 따른 투과율 그래프이다.
도 21은 동경각 0도 및 90도에서 경사각에 따른 투과율 그래프이다.
이하 실시예 및 비교예를 통하여 상기 내용을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 제시된 내용에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
제 1 선 편광자의 상부에 60도 경사각으로 경사 배향된 액정을 각각 포함하는 제 1 액정층 및 제 2 액정층을 제 1 액정층의 액정의 경사 방향과 제 2 액정층의 액정의 경사 방향은 광학 필름의 두께 방향을 기준으로 서로 동일한 방향을 이루도록 순차로 형성하였다. 상기 제 1 액정층 및 제 2 액정층의 두께는 각각 3 ㎛이고, 상기 액정의 굴절률 이방성은 0.08이다. 상기 제 1 액정층 및 제 2 액정층은 면 방향 광축이 각각 상기 제 1 선 편광자의 흡수축과 평행을 이루도록 배치하였다. 다음으로 상기 제 2 액정층의 상부에, 상기 제 1 선 편광자의 흡수축과 평행한 흡수축을 가지도록 제 2 선 편광자를 형성함으로써 광학 필름을 제조하였다.
실시예 2
제 1 액정층으로 55도 경사각으로 경사 배향된 액정을 포함하는 액정층을 사용하고, 제 2 액정층으로 65도 경사각으로 경사 배향된 액정을 포함하는 액정층을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 광학 필름을 제조하였다.
실시예 3
제 1 액정층으로 50도 경사각으로 경사 배향된 액정을 포함하는 액정층을 사용하고, 제 2 액정층으로 70도 경사각으로 경사 배향된 액정을 포함하는 액정층을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 광학 필름을 제조하였다.
실시예 4
제 1 선 편광자의 상부에 60도 경사각으로 경사 배향된 액정을 각각 포함하는 제 1 액정층, 제 2 액정층 및 제 3 액정층을 제 1 액정층, 제 2 액정층 및 제 3 액정층의 각 액정들의 경사 방향이 광학 필름의 두께 방향을 기준으로 서로 동일한 방향을 이루도록 순차로 형성하였다. 상기 제 1 액정층, 제 2 액정층 및 제 3 액정층의 두께는 각각 3 ㎛이고, 상기 액정의 굴절률 이방성은 0.08이다. 상기 제 1 액정층, 제 2 액정층 및 제 3 액정층은 면 방향 광축이 각각 상기 제 1 선 편광자의 흡수축과 평행을 이루도록 배치하였다. 다음으로 상기 제 3 액정층의 상부에, 상기 제 1 선 편광자의 흡수축과 평행한 흡수축을 가지도록 제 2 선 편광자를 형성함으로써 광학 필름을 제조하였다.
실시예 5
제 1 액정층으로 53도 경사각으로 경사 배향되고, 굴절률 이방성이 0.12인 액정을 포함하며 두께가 1.9 ㎛인 액정층을 사용하고, 제 2 액정층으로 53도 경사각으로 경사 배향되고, 굴절률 이방성이 0.12인 액정을 포함하며 두께가 5 ㎛인 액정층을 사용하되, 제 1 액정층의 액정의 경사 방향과 제 2 액정층의 액정의 경사 방향이 광학 필름의 두께 방향을 기준으로 서로 상이한 방향을 이루도록 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 광학 필름을 제조하였다.
비교예 1
제 1 선 편광자의 상부에 60도 경사각으로 경사 배향된 액정을 포함하는 제 1 액정층을 형성하였다. 상기 제 1 액정층\의 두께는 3 ㎛이고, 상기 액정의 굴절률 이방성은 0.08이다. 상기 제 1 액정층은 면 방향 광축이 상기 제 1 선 편광자의 흡수축과 평행을 이루도록 배치하였다. 다음으로 상기 제 1 액정층의 상부에, 상기 제 1 선 편광자의 흡수축과 평행한 흡수축을 가지도록 제 2 선 편광자를 형성함으로써 광학 필름을 제조하였다.
비교예 2
제 1 액정층으로 50도 경사각으로 경사 배향되고, 굴절률 이방성이 0.05인 액정을 포함하는 액정층을 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방식으로 광학 필름을 제조하였다.
비교예 3
제 1 액정층으로 30도 경사각으로 경사 배향되고, 굴절률 이방성이 0.05인 액정을 포함하는 액정층을 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방식으로 광학 필름을 제조하였다.
비교예 4
제 1 및 제 2 액정층으로 각각 30도 경사각으로 경사 배향되고 굴절률 이방성이 0.05인 액정을 포함하는 액정층을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 광학 필름을 제조하였다.
비교예 5
제 1 액정층으로 40도 경사각으로 경사 배향된 액정을 포함하는 액정층을 사용하고, 제 2 액정층으로 80도 경사각으로 경사 배향된 액정을 포함하는 액정층을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 광학 필름을 제조하였다.
비교예 6
제 1 액정층으로 53도 경사각으로 경사 배향되고, 굴절률 이방성이 0.12인 액정을 포함하며, 두께가 5㎛인 액정층을 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방식으로 광학 필름을 제조하였다.
평가예 1 정면 휘도 및 상하 경사각에서의 투과도 평가
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 5에 대하여, 정면 휘도 및 동경각 90도에서 경사각에 따른 투과율을 시뮬레이션하고, 그 결과를 표 1 및 2와 도 19 및 20에 나타내었다. 도 21은 실시예 5 및 비교예 6의 동경각 0도 및 동경각 90도에서 경사각에 따른 투과율 그래프이다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
제 1 액정층 경사각 60 55 50 60
△n 0.08 0.08 0.08 0.08
제 2 액정층 경사각 60 65 70 60
△n 0.08 0.08 0.08 0.08
제 3 액정층 경사각 - - - 60
△n - - - 0.08
정면 88.9 88.9 88.9 88.9
상하 10도 경사각 83.8 84.0 84.5 79.6
상하 30도 경사각 48.3 49.5 53.2 25.7
상하 50도 경사각 7.6 9.0 13.6 12.8
비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5
제 1 액정층 경사각 60 50 30 30 40
△n 0.08 0.05 0.05 0.05 0.08
제 2 액정층 경사각 - - - 30 80
△n - - - 0.05 0.08
정면 88.9 88.9 88.9 88.9 88.9
상하 10도 경사각 87.4 88.3 88.3 87.4 86.2
상하 30도 경사각 76.0 83.3 84.3 76.6 65.7
상하 50도 경사각 55.9 73.9 74.5 61.6 34.8
101: 제 1 선편광자
102: 제 1 액정층
103: 제 2 액정층
1: 액정층
10: 액정
201: 광학층(경사 배향된 액정을 포함하는 액정층)
301: 광학층(스프레이 배향된 액정을 포함하는 액정층)
401: 광학층(위상차 필름)
501; 트위스트 네마틱 액정층
601: 1/2 파장 위상 지연층
701: 점착제층 또는 접착제층
801A, 801B: 기재층
901A, 901B: 배향막
100: 제 2 선편광자
200: 제 3 액정층
300: 제 3 선편광자
401: 상부 편광판

Claims (30)

  1. 제 1 선편광자, 제 1 액정층 및 제 2 액정층을 순차로 포함하고,
    상기 제 1 액정층 및 제 2 액정층은 각각 경사 배향된 액정을 포함하는 광학 필름.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제 1 액정층 및 제 2 액정층은 각각 경사 배향된 액정을 포함하는 단일층의 액정층인 광학 필름.
  3. 제 1 항에 있어서,
    액정의 이상 굴절률(ne)과 정상 굴절률(no)의 차이(ne - no)는 0.05 내지 0.3 범위 내인 광학 필름.
  4. 제 1 항에 있어서,
    제 2 액정층은 제 1 액정층의 일면에 직접 존재하거나 또는 제 2 액정층은 제 1 액정층의 일면에 점착제 또는 접착제를 매개로 부착되어 있는 광학 필름.
  5. 제 1 항에 있어서,
    제 1 액정층 또는 제 2 액정층은 각각 액정층의 면 방향을 기준으로 30도 초과 내지 70도 이하의 경사각을 갖도록 경사 배향된 액정을 포함하는 광학 필름.
  6. 제 5 항에 있어서,
    제 1 액정층의 액정의 경사각과 제 2 액정층의 액정의 경사각의 차이는 0도 내지 30도인 광학 필름.
  7. 제 1 항에 있어서,
    제 1 액정층의 액정의 경사 방향과 제 2 액정층의 액정의 경사 방향은 광학 필름의 두께 방향을 기준으로 서로 동일한 방향을 가지는 광학 필름.
  8. 제 1 항에 있어서,
    제 1 액정층의 액정의 경사 방향과 제 2 액정층의 액정의 경사 방향은 광학 필름의 두께 방향을 기준으로 서로 상이한 방향을 가지는 광학 필름.
  9. 제 1 항에 있어서,
    제 1 액정층 또는 제 2 액정층은 각각 550 nm 파장의 광에 대한 면 방향 위상차 값 (Rin)이 150 nm 내지 400 nm 범위 내인 광학 필름.
  10. 제 1 항에 있어서,
    제 1 액정층 및 제 2 액정층의 두께는 각각 1 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위 내인 광학 필름.
  11. 제 1 항에 있어서,
    제 1 액정층의 면 방향 광축과 제 2 액정층의 면 방향 광축은 서로 평행을 이루는 광학 필름.
  12. 제 10 항에 있어서,
    제 1 액정층 및 제 2 액정층의 면 방향 광축은 각각 제 1 선편광자의 흡수축과 평행을 이루는 광학 필름.
  13. 제 12 항에 있어서, 동경각 85 내지 95도에서 경사각 50도로 입사되는 광 및 동경각 265도 내지 275도에서 경사각 55도로 입사되는 광에 대하여 30% 이하의 투과율을 나타내는 광학 필름(단, 동경각 0도 및 180도는 제 1 선편광자의 흡수축의 각도이다).
  14. 제 1 항에 있어서, 제 1 및 제 2 선형 스프레이 배향 액정 필름의 평균 광축의 제 1 및 제 2 선형 스프레이 배향 액정 필름의 평면으로의 투영은 각각 제 1 선편광자의 흡수축과 10도 이상의 각도를 이루는 광학 필름.
  15. 제 14 항에 있어서, 동경각 85 내지 95도에서 경사각 50도로 입사되는 광에 대하여 10% 이하의 투과율을 나타내고 동경각 265도 내지 275도에서 경사각 50도로 입사되는 광에 대하여 60% 이하의 투과율을 나타내는 광학 필름(단, 동경각 0도 및 180도는 제 1 선편광자의 흡수축의 각도이다).
  16. 제 1 항에 있어서,
    제 1 액정층 및 제 2 액정층의 면 방향 광축은 각각 제 1 선편광자의 흡수축과 직교를 이루는 광학 필름.
  17. 제 14 항에 있어서,
    동경각 355 내지 5도에서 경사각 50도로 입사되는 광 및 175도 내지 185도에서 경사각 50도로 입사되는 광에 대하여 30% 이하의 투과율을 나타내는 광학 필름(단, 동경각 0도 및 180도는 제 1 선편광자의 흡수축의 각도이다).
  18. 제 1 항에 있어서,
    제 1 액정층과 제 2 액정층 사이에 광학층을 추가로 포함하고,
    상기 광학층은 경사 배향된 액정을 포함하는 액정층, 스프레이 배향된 액정을 포함하는 액정층, 하기 일반식 1을 만족하고 하기 수식 B로 규정되는 두께 방향 위상차값이 양수인 위상차 필름인 광학 필름:
    [일반식 1]
    nx≒ny≠nz
    [수식 B]
    Rth = d (nz - ny)
    일반식 1 또는 수식 B에서 d는 위상차 필름의 두께이고, 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 굴절률이다
  19. 제 1 항에 있어서,
    제 1 선편광자와 제 1 액정층 사이에 트위스트 네마틱 액정층 또는 1/2 파장 위상 지연층을 추가로 포함하는 광학 필름
  20. 제 1 항에 있어서,
    제 1 액정층 또는 제 2 액정층의 일면에 기재층을 추가로 포함하는 광학 필름.
  21. 제 1 항에 있어서,
    제 2 액정층의 제 1 액정층 반대 측면에 제 2 선편광자를 추가로 포함하는 광학 필름.
  22. 제 21 항에 있어서,
    제 2 선편광자와 제 1 선편광자의 흡수축은 서로 평행을 이루는 광학 필름.
  23. 제 1 항에 있어서,
    제 1 선편광자의 제 1 액정층 반대 측면에 제 3 액정층 및 제 3 선편광자를 추가로 포함하고, 상기 제 3 액정층은 경사 배향된 액정을 포함하며, 상기 제 3 선편광자는 제 1 선편광자의 흡수축과 평행을 이루는 광학 필름.
  24. 제 23 항에 있어서,
    제 3 액정층은 면 방향을 기준으로 30 내지 35 의 경사각을 갖도록 경사 배향된 액정을 포함하는 광학 필름.
  25. 제 1 항의 광학 필름 및 표시 패널을 포함하는 표시 장치.
  26. 제 25 항에 있어서,
    표시 패널은 표시 화면 측에 상부 편광판을 포함하고,
    상기 광학 필름은 상기 표시 패널의 일면에, 제 1 선편광자에 비하여 제 2 액정층이 상기 상부 편광판에 가깝도록 배치되어 있는 표시 장치.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상부 편광판의 흡수축과 제 1 선편광자의 흡수축은 서로 평행을 이루는 액정 표시 장치.
  28. 제 1 항의 광학 필름을 포함하는 차량용 반사 방지 필름.
  29. 제 1 항의 광학 필름을 포함하는 스마트 윈도우.
  30. 제 1 항의 광학 필름을 포함하는 선글라스.
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