KR20170090977A - 편광 필름, 광학 필름 및 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

소수성 고분자와 이색성 염료를 포함하고, 상기 소수성 고분자는 에틸렌 구조 단위를 0.5몰% 이하로 포함하고 1 내지 5의 분자량 분포를 가지는 폴리프로필렌계 중합체를 포함하는 편광 필름, 상기 편광 필름을 포함하는 광학 필름 및 표시 장치에 관한 것이다.

Description

편광 필름, 광학 필름 및 표시 장치{POLARIZING FILM AND OPTICAL FILM AND DISPLAY DEVICE}
편광 필름, 광학 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.
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.
일 구현예는 광학 특성의 열화를 방지할 수 있는 편광 필름을 제공한다.
다른 구현예는 상기 편광 필름을 포함하는 광학 필름을 제공한다.
또 다른 구현예는 상기 편광 필름 또는 상기 광학 필름을 포함하는 표시 장치를 제공한다.
일 구현예에 따르면, 소수성 고분자와 이색성 염료를 포함하고, 상기 소수성 고분자는 에틸렌 구조 단위를 0.5몰% 이하로 포함하고 1 내지 5의 분자량 분포를 가지는 폴리프로필렌계 중합체를 포함하는 편광 필름을 제공한다.
상기 폴리프로필렌계 중합체는 약 0.01ppm 이상의 지르코늄 또는 하프늄을 포함할 수 있다.
상기 폴리프로필렌계 중합체는 약 0.05ppm 내지 50ppm의 지르코늄 또는 하프늄을 포함할 수 있다.
상기 폴리프로필렌계 중합체는 약 1.0ppm 이하의 마그네슘 및 약 0.5ppm 이하의 티타늄을 포함할 수 있다.
상기 폴리프로필렌계 중합체는 약 0.1g/10min 내지 15g/10min의 용융흐름지수를 가질 수 있다.
상기 소수성 고분자는 에틸렌 구조 단위를 약 0.5몰% 초과로 포함하는 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체를 더 포함할 수 있다.
상기 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체는 약 1 내지 5의 분자량 분포를 가질 수 있다.
상기 이색성 염료는 380nm 내지 780nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는 적어도 1종을 포함할 수 있다.
상기 이색성 염료는 상기 폴리올레핀 수지 100 중량부에 대하여 약 0.01 내지 2 중량부로 포함될 수 있다.
상기 편광 필름은 상기 소수성 고분자와 상기 이색성 염료의 용융 혼합물일 수 있다.
상기 편광 필름은 일축 연신되어 있을 수 있다.
85℃에서 100시간 방치시 상기 편광 필름의 광 투과도 변화율(ΔT) 및 편광도 변화율(ΔPE)은 각각 약 1.0% 이하일 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 지르코노센 촉매 또는 하프노센 촉매를 사용하여 프로필렌을 포함하는 모노머를 중합하여 에틸렌 구조 단위를 0.5몰% 이하로 포함하고 1 내지 5의 분자량 분포를 가지는 폴리프로필렌계 중합체를 준비하는 단계, 상기 폴리프로필렌계 중합체를 포함한 소수성 고분자와 이색성 염료를 상기 소수성 고분자의 용융점 이상의 온도에서 용융 혼합하는 단계, 상기 용융 혼합물을 성형하는 단계, 그리고 상기 성형체를 연신하는 단계를 포함하는 편광 필름의 제조 방법을 제공한다.
상기 폴리프로필렌계 중합체를 준비하는 단계에서 지르코노센 촉매 또는 하프노센 촉매는 상기 모노머 1몰에 대하여 약 0.0001mmol 내지 0.1mmol로 포함될 수 있다.
상기 소수성 고분자는 에틸렌 구조 단위를 0.5몰% 초과로 포함하는 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체를 더 포함할 수 있다.
상기 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체는 1 내지 5의 분자량 분포를 가질 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 편광 필름 및 상기 편광 필름의 일면에 위치하는 위상차 필름을 포함하는 광학 필름을 제공한다.
상기 위상차 필름은 λ/4 위상차 필름, λ/2 위상차 필름 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 편광 필름을 포함하는 표시 장치를 제공한다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 광학 필름을 포함하는 표시 장치를 제공한다.
이색성 염료의 이동 및/또는 손실을 방지함으로써 광학 특성이 열화되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 편광 필름을 도시한 개략도이고,
도 2는 일 구현예에 따른 광학 필름을 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 3은 일 구현예에 따른 광학 필름의 외광 반사 방지 원리를 보여주는 개략도이고,
도 4는 일 구현예에 따른 액정 표시 장치를 도시한 단면도이고,
도 5는 일 구현예에 따른 유기 발광 표시 장치를 도시한 단면도이다.
이하, 구현예에 대하여 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 실제 적용되는 구조는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.
이하 일 구현예에 따른 편광 필름을 설명한다.
도 1은 일 구현예에 따른 편광 필름을 도시한 개략도이다.
도 1을 참고하면, 일 구현예에 따른 편광 필름(70)은 소수성 고분자(71)와 소수성 고분자(71)에 분산되어 있는 이색성 염료(72)를 포함한다.
이색성 염료(72)는 소수성 고분자(71)에 분산되어 있으며, 소수성 고분자(71)의 연신 방향을 따라 일 방향으로 배열되어 있다. 이색성 염료(72)는 예컨대 일 방향으로 긴 막대 모양일 수 있다. 이색성 염료(72)는 소정 파장 영역에 대하여 두 개의 편광 직교 성분 중 하나의 편광 직교 성분만을 투과시킬 수 있다.
이색성 염료(72)는 가시광선 영역에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는 적어도 1종을 포함할 수 있으며, 예컨대 약 380nm 내지 780nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는 1종 또는 2종 이상을 포함할 수 있다. 일 예로, 최대 흡수 파장(λmax)이 다른 2종 이상을 포함할 수 있다.
이색성 염료(72)의 분해온도는 약 245℃ 이상일 수 있다. 여기서 분해온도는 이색성 염료(72)의 중량이 초기 중량 대비 5% 감소하는 지점에서의 온도를 말한다.
이색성 염료(72)는 소수성 고분자(71) 100 중량부에 대하여 약 0.01 내지 5 중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함됨으로써 편광 필름의 투과도를 저하시키지 않으면서도 충분한 편광 특성을 나타낼 수 있다. 상기 범위 내에서 예컨대 소수성 고분자(71) 100 중량부에 대하여 약 0.01 내지 2 중량부로 포함될 수 있고, 상기 범위 내에서 예컨대 소수성 고분자(71) 100 중량부에 대하여 약 0.05 내지 2 중량부로 포함될 수 있다.
소수성 고분자(71)는 폴리올레핀을 포함할 수 있고, 예컨대 폴리프로필렌계 중합체를 포함할 수 있다.
폴리프로필렌계 중합체는 프로필렌 구조 단위 만을 포함하는 폴리프로필렌 단일 중합체(homopolymer)뿐만 아니라 폴리프로필렌을 주요 구조 단위로 포함하고 소량의 다른 구조 단위가 랜덤하게 배치되어 있는 랜덤 중합체도 포함될 수 있다.
폴리프로필렌계 중합체는 예컨대 폴리프로필렌 단일 중합체이거나 프로필렌 구조 단위를 주요 구조 단위로 포함하고 소량의 에틸렌 구조 단위를 포함하는 폴리프로필렌 랜덤 중합체일 수 있다. 폴리프로필렌계 중합체는 예컨대 폴리프로필렌 단일 중합체이거나 프로필렌 구조 단위를 주요 구조 단위로 포함하고 약 0.5몰% 이하의 에틸렌 구조 단위를 포함하는 폴리프로필렌 랜덤 중합체일 수 있다. 폴리프로필렌계 중합체는 예컨대 0 내지 0.5몰%의 에틸렌 구조 단위를 포함할 수 있고, 상기 범위 내에서 예컨대 0 내지 0.4몰%의 에틸렌 구조 단위를 포함할 수 있고, 상기 범위 내에서 예컨대 0 내지 0.2몰%의 에틸렌 구조 단위를 포함할 수 있다.
폴리프로필렌계 중합체는 약 1 내지 5의 분자량 분포(distribution of molecular weight)를 가질 수 있다. 여기서 분자량 분포는 분자 사슬의 평균 분자량을 중심으로 분자량 분포가 퍼진 정도를 나타내며, 분자량 분포가 작은 경우 분자 사슬의 평균 분자량을 중심으로 분자량이 좁은 범위로 분포하는 것을 나타내며 분자량 분포가 큰 경우 분자 사슬의 평균 분자량을 중심으로 분자량이 넓은 범위에 걸쳐 분포하는 것을 나타낸다. 예컨대 분자량 분포가 작은 경우 중합체에 포함된 분자 사슬의 길이 분포가 균일하여 사슬의 규칙성이 높아질 수 있고 분자량 분포가 큰 경우 중합체에 포함된 분자 사슬의 길이 분포가 균일하지 못하여 사슬의 규칙성이 낮아질 수 있다. 일 예로, 분자량 분포는 중량평균 분자량과 수평균 분자량의 비율로 나타낼 수 있다. 폴리프로필렌계 중합체는 상기 범위 내에서 예컨대 1.5 내지 4.5의 분자량 분포를 가질 수 있고, 상기 범위 내에서 예컨대 약 1.8 내지 4.3의 분자량 분포를 가질 수 있고, 상기 범위 내에서 예컨대 약 2.0 내지 4.0의 분자량 분포를 가질 수 있다.
폴리프로필렌계 중합체가 상기 범위의 분자량 분포를 가짐으로써 중합체 사슬의 규칙성을 높여 고분자의 팩킹(packing) 정도를 높일 수 있다. 이에 따라 소수성 고분자(71)에 분산되어 있는 이색성 염료(72)의 배열도를 높이는 동시에 이색성 염료(72)의 이동(migration)을 차단 또는 방지하여 상온 및/또는 고온에서 이색성 염료(72)가 편광 필름(70)의 표면 측으로 이동하거나 외부 또는 다른 층으로 빠져나가는 것을 방지할 수 있다. 따라서 편광 필름(70)의 이색성 염료(72)의 손실을 줄여 편광 필름의 물성이 열화되는 것을 방지할 수 있다.
이색성 염료(72)의 이동 및/또는 손실은 특히 후속 고온 공정 및/또는 상온 또는 고온 방치 과정에서 일어날 수 있는데, 일 예로 상술한 바와 같이 폴리프로필렌계 중합체에 의해 이색성 염료(72)의 이동 및/또는 손실을 줄임으로써 85℃에서 100시간 방치시 편광 필름의 광 투과도의 변화율(ΔT) 및 편광도 변화율(ΔPE)을 약 1.0% 이하로 줄일 수 있다. 따라서 후속 고온 공정 및/또는 상온 또는 고온 방치 과정에서 편광 필름의 광학적 특성이 열화되는 것을 방지하여 신뢰성을 높일 수 있다.
폴리프로필렌계 중합체가 상기 범위의 분자량 분포를 가지기 위한 일 예로, 중합 과정에서 메탈로센(metallocene) 촉매를 사용하여 중합될 수 있다. 메탈로센 촉매는 예컨대 지르코노센 착체(zirconocene complex) 또는 하프노센 착체(hafnocene complex)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 폴리프로필렌계 중합체의 중합 과정에서 지르코노센 착체를 사용한 경우, 폴리프로필렌계 중합체는 소량의 지르코늄(Zr)을 포함할 수 있다. 지르코늄(Zr)은 폴리프로필렌계 중합체에 대하여 약 0.01ppm 이상으로 포함될 수 있으며, 상기 범위 내에서 예컨대 약 0.05ppm 내지 50ppm으로 포함될 수 있고, 상기 범위 내에서 예컨대 약 0.1ppm 내지 50ppm으로 포함될 수 있고, 상기 범위 내에서 예컨대 약 0.2ppm 내지 50ppm으로 포함될 수 있고, 상기 범위 내에서 예컨대 0.3ppm 내지 50ppm으로 포함될 수 있다.
일 예로, 폴리프로필렌계 중합체의 중합 과정에서 하프노센 착체를 사용한 경우, 폴리프로필렌계 중합체는 소량의 하프늄(Hf)을 포함할 수 있다. 하프늄(Hf)은 폴리프로필렌계 중합체에 대하여 약 0.01ppm 이상으로 포함될 수 있고, 상기 범위 내에서 예컨대 약 0.05ppm 내지 50ppm으로 포함될 수 있고, 상기 범위 내에서 예컨대 약 0.1 ppm 내지 50ppm으로 포함될 수 있고, 상기 범위 내에서 예컨대 약 0.2ppm 내지 50ppm으로 포함될 수 있고, 상기 범위 내에서 예컨대 0.3 ppm 내지 50ppm으로 포함될 수 있다.
폴리프로필렌계 중합체의 중합 과정에서 메탈로센 촉매 외에 보조 촉매를 더 포함할 수 있으며, 예컨대 메틸 알루미노산(methyl aluminoxane)과 같은 알루미늄 함유 촉매일 수 있다.
폴리프로필렌계 중합체의 중합 과정에서 지글러-나타 촉매(Ziegler-Natta catalyst)는 사용되지 않을 수 있으며, 이에 따라 폴리프로필렌계 중합체는 마그네슘(Mg) 및 티타늄(Ti)을 포함하지 않거나 아주 미량으로 포함될 수 있다. 예컨대 폴리프로필렌계 중합체는 약 1.0ppm 이하의 마그네슘(Mg) 및 약 0.5ppm 이하의 티타늄(Ti)을 포함할 수 있으며, 상기 범위 내에서 예컨대 약 0.7ppm 이하의 마그네슘(Mg) 및 약 0.3ppm 이하의 티타늄(Ti)을 포함할 수 있으며, 상기 범위 내에서 예컨대 약 0.5ppm 이하의 마그네슘(Mg) 및 약 0.1ppm 이하의 티타늄(Ti)을 포함할 수 있다, 예컨대 폴리프로필렌계 중합체는 마그네슘(Mg)과 티타늄(Ti)을 포함하지 않을 수 있다.
폴리프로필렌계 중합체는 예컨대 약 0.1g/10min 내지 약 15g/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 폴리프로필렌계 중합체의 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 폴리프로필렌계 중합체는 약 3g/10min 내지 약 12g/10min의 용융흐름지수(MFI)를 가질 수 있다.
폴리프로필렌계 중합체는 약 50% 이하의 결정화도를 가질 수 있다. 폴리프로필렌계 중합체는 상기 범위의 결정화도를 가짐으로써 헤이즈를 낮출 수 있어 우수한 광학 특성을 달성할 수 있다. 예컨대 폴리프로필렌계 중합체는 약 30% 내지 약 50%의 결정화도를 가질 수 있다.
소수성 고분자(71)는 상술한 폴리프로필렌계 중합체 외에 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체를 더 포함할 수 있다. 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체는 에틸렌 구조 단위와 프로필렌 구조 단위를 함께 포함할 수 있으며, 에틸렌 구조 단위는 에틸렌 구조 단위와 프로필렌 구조 단위의 총 함량에 대하여 약 0.5몰% 초과로 포함될 수 있다. 상기 범위 내에서 예컨대 약 1몰% 이상으로 포함될 수 있으며, 상기 범위 내에서 예컨대 약 1몰% 내지 50몰%로 포함될 수 있고, 상기 범위 내에서 예컨대 약 1몰% 내지 25몰%로 포함될 수 있다. 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체가 상기 범위의 에틸렌 구조 단위를 포함함으로써 전술한 폴리프로필렌계 중합체와의 상분리를 효과적으로 방지 또는 완화할 수 있고 우수한 광 투과도 및 배향성을 가지면서도 연신할 때 연신율을 증가시킬 수 있어서 개선된 편광 특성을 구현할 수 있다.
폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체는 약 1 내지 5의 분자량 분포를 가질 수 있다. 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체는 상기 범위 내에서 예컨대 1.5 내지 4.5의 분자량 분포를 가질 수 있고, 상기 범위 내에서 예컨대 약 1.8 내지 4.3의 분자량 분포를 가질 수 있다.
소수성 고분자(71)는 상술한 폴리프로필렌계 중합체 외에 예컨대 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리아크릴, 폴리스티렌, 이들의 공중합체 또는 이들의 조합을 더 포함할 수 있다. 소수성 고분자(71)는 예컨대 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌테레프탈레이트글리콜(PETG), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 나일론, 이들의 공중합체 또는 이들의 조합을 더 포함할 수 있다.
편광 필름(70)은 소수성 고분자(71)와 이색성 염료(72)의 용융 혼합물(melt-blend)일 수 있다. 용융 혼합물은 소수성 고분자(71)와 이색성 염료(72)를 포함하는 조성물을 소수성 고분자(71)의 용융점(melting point, Tm) 이상의 온도에서 용융 혼합하여 얻을 수 있다.
조성물은 소수성 고분자(71)와 이색성 염료(72)를 각각 분말(powder)과 같은 고체 형태로 포함할 수 있으며, 예컨대 용매를 포함하지 않을 수 있다.
편광 필름(70)은 예컨대 폴리프로필렌계 중합체를 준비하는 단계, 상기 폴리프로필렌계 중합체를 포함한 소수성 고분자와 이색성 염료를 상기 소수성 고분자의 용융점 이상의 온도에서 용융 혼합하는 단계, 상기 용융 혼합물을 성형하는 단계, 그리고 상기 성형체를 연신하는 단계에 의해 제조될 수 있다.
폴리프로필렌계 중합체는 전술한 바와 같이 예컨대 지르코노센 착체 또는 하프노센 착체를 촉매로 사용하여 프로필렌을 중합할 수 있다. 이때 지르코노센 촉매 또는 하프노센 촉매는 폴리프로필렌계 중합체의 반응 모노머 1몰에 대하여 약 0.0001mmol 내지 0.1mmol로 포함될 수 있다. 상기 범위 내에서 예컨대 약 0.0005mmol 내지 0.05mmol로 포함될 수 있다.
폴리프로필렌계 중합체는 전술한 바와 같이 에틸렌 구조 단위를 약 0.5몰% 이하로 포함하고 약 1 내지 5의 분자량 분포를 가질 수 있으며, 소수성 고분자는 전술한 바와 같이 에틸렌 구조 단위를 0.5몰% 초과로 포함하는 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체 및/또는 다른 종류의 고분자를 더 포함할 수 있다.
상기 용융 혼합하는 단계는 예컨대 약 300℃ 이하, 구체적으로 약 50 내지 300℃에서 용융 혼합할 수 있다.
상기 성형하는 단계는 용융 혼합물을 예컨대 시트(sheet) 형태로 성형할 수 있으며, 예컨대 몰드에 용융 혼합물을 넣고 고압 프레스기로 가압하거나 티다이(T-die)를 통해 칠롤(chill roll)에 토출하여 수행될 수 있다.
상기 성형체를 연신하는 단계는 일축 연신될 수 있으며, 예컨대 약 30 내지 200℃의 온도에서 약 400% 내지 약 1000%의 연신율로 연신될 수 있다. 여기서 연신율은 상기 시트의 연신 전 길이와 연신 후 길이의 비율을 말하는 것으로, 일축 연신 후 시트가 늘어난 정도를 의미한다. 상기 연신 방향은 이색성 염료(72)의 길이 방향과 같을 수 있다.
편광 필름(70)은 약 100㎛ 이하의 비교적 얇은 두께를 가질 수 있으며, 예컨대 약 10㎛ 내지 약 95㎛의 두께를 가질 수 있다. 상기 범위의 두께를 가짐으로써 트리아세틸셀룰로오즈(TAC)과 같은 두꺼운 보호판이 요구되는 편광판과 비교하여 두께를 줄일 수 있고 이에 따라 박형 표시 장치를 구현할 수 있다.
이하 편광 필름(70)을 포함하는 광학 필름을 설명한다.
도 2는 일 구현예에 따른 광학 필름을 개략적으로 도시한 단면도이다.
일 구현예에 따른 광학 필름(55)은 전술한 편광 필름(70), 편광 필름(70)의 일면에 위치하는 위상차 필름(95), 그리고 편광 필름(70)과 위상차 필름(95) 사이에 위치하는 점착층(90)을 포함한다.
편광 필름(70)은 전술한 바와 같다.
위상차 필름(95)은 예컨대 λ/4 위상차 필름, λ/2 위상차 필름 또는 이들의 조합일 수 있다.
점착층(90)은 예컨대 감압 점착제 또는 접착제를 포함할 수 있으며, 경우에 따라 생략될 수 있다.
광학 필름(55)은 표시 장치의 일측 또는 양측에 형성될 수 있으며, 특히 표시 장치의 화면부 측에 형성되어 외부로부터 유입되는 광(이하 '외광'이라 한다)이 반사되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 외광 반사에 의한 시인성 저하를 방지할 수 있다.
도 3은 일 구현예에 따른 광학 필름의 외광 반사 방지 원리를 보여주는 개략도이다.
도 3을 참고하면, 외부로부터 입사되는 비편광된 광(incident unpolarized light)은 편광 필름(70)을 통과하면서 두 개의 편광 직교 성분 중 하나의 편광 직교 성분, 즉 제1 편광 직교 성분만이 투과되고, 편광된 광은 예컨대 위상차 필름(95)을 통과하면서 원편광으로 바뀔 수 있다. 상기 원편광된 광은 기판, 전극 등을 포함한 표시 패널(97)에서 반사되면서 원편광 방향이 바뀌게 되고 상기 원편광된 광이 위상차 필름(95)을 다시 통과하면서 두 개의 편광 직교 성분 중 다른 하나의 편광 직교 성분, 즉 제2 편광 직교 성분만이 투과될 수 있다. 상기 제2 편광 직교 성분은 편광 필름(70)을 통과하지 못하여 외부로 광이 방출되지 않으므로 외광 반사 방지 효과를 가질 수 있다.
상기 편광 필름 또는 상기 광학 필름은 다양한 표시 장치에 적용될 수 있다.
상기 표시 장치는 액정 표시 장치일 수 있다.
도 4는 일 구현예에 따른 액정 표시 장치를 도시한 단면도이다.
도 4를 참고하면, 액정 표시 장치는 액정 표시 패널(10) 및 상기 액정 표시 패널(10)의 하부 및 상부에 위치하는 편광 필름(70)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.
편광 필름(70)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.
편광 필름(70)은 전술한 바와 같다.
상기 표시 장치는 유기 발광 표시 장치일 수 있다.
도 5는 일 구현예에 따른 유기 발광 표시 장치를 도시한 단면도이다.
도 5를 참고하면, 일 구현예에 따른 유기 발광 표시 장치는 베이스 기판(410), 하부 전극(420), 유기 발광층(430), 상부 전극(440), 봉지 기판(450) 및 반사방지 필름(55)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 전자가 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.
광학 필름(55)은 전술한 바와 같이 위상차 필름(95) 및 편광 필름(70)을 포함한다. 위상차 필름(95)은 편광 필름(70)을 통과한 빛을 원편광시켜 위상차를 발생시킬 수 있으며 빛의 반사, 흡수에 영향을 미칠 수 있다.
광학 필름(55)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.
이하 실시예를 통하여 상술한 구현예를 보다 상세하게 설명한다. 다만 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 범위를 제한하는 것은 아니다.
필름의 준비
제조예 1
하기 표 1의 물성을 가지는 폴리프로필렌계 중합체(폴리미래사)와 하기 화학식 A, B, C 및 D로 표현되는 이색성 염료를 폴리프로필렌계 중합체 100중량부에 대하여 각각 0.2, 0.228, 0.286 및 0.286 중량부를 혼합한 편광필름용 조성물을 준비한다.
[화학식 A]
Figure pat00001
[화학식 B]
Figure pat00002
[화학식 C]
Figure pat00003
[화학식 D]
Figure pat00004
상기 편광필름용 조성물을 Process 11 압출기(Thermo Electron사)를 이용하여 210℃ 온도로 용융 혼합한다.
상기 용융된 혼합물을 E20T 압출기(Collin사)를 이용하여 230℃ 온도로 용융하여 티다이(T-die)를 통해 토출한 후 캐스팅롤(casting roll)에서 냉각하여 시트를 제조한다. 압출기 스크류 속도는 40rpm이며, 캐스팅롤의 온도는 40℃로 터치롤을 사용하지 않고 오픈 캐스팅 방식으로 시트를 제조한다.
비교제조예 1
하기 표 1의 물성을 가지는 폴리프로필렌계 중합체(한화토탈사)를 사용한 것을 제외하고 제조예 1과 동일한 방법으로 필름을 제조한다.
비교제조예 2
하기 표 1의 물성을 가지는 폴리프로필렌계 중합체(폴리미래사)를 사용한 것을 제외하고 제조예 1과 동일한 방법으로 필름을 제조한다.
비교제조예 3
하기 표 1의 물성을 가지는 폴리프로필렌계 중합체(Japan Polychem사)를 사용한 것을 제외하고 제조예 1과 동일한 방법으로 필름을 제조한다.
비교제조예 4
하기 표 1의 물성을 가지는 폴리프로필렌계 중합체(폴리미래사)를 사용한 것을 제외하고 제조예 1과 동일한 방법으로 필름을 제조한다.
폴리프로필렌 Melt Index 에틸렌 구조단위 함량(몰%)* 분자량분포 촉매
제조예 1 9 0 3.8 주촉매: 지르코노센,
보조촉매:메틸알루미노산
비교제조예 1 7 1.4 6.3 지글러-나타 촉매
비교제조예 2 8 3.8 5.1 지글러-나타 촉매
비교제조예 3 7 3.4 4.0 주촉매:지르코노센,
보조촉매:메틸알루미노산
비교제조예 4 8 0 6.1 지글러-나타 촉매
* 에틸렌 구조단위 함량을 계산시 하기 논문 참조 - Macromolecules 1982, 15, 1150-1152
평가 1
제조예 1과 비교제조예 1 내지 4에 따른 필름에 포함된 금속 성분을 분석한다.
금속 성분의 분석은 유도결합플라즈마-원자방출분광법(Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometer, ICP-AES)으로 수행하고. 시료무게 2.0g을 Pt 도가니에 넣고 퍼니스(furnace)에서 550℃, 1시간 회화하고 HCl 0.5ml을 넣어 총 부피 20ml로 만든 후 분석한다.
그 결과는 표 2와 같다.
폴리프로필렌 ICP-AES (ppm, mg/l)
Mg Ti Zr
제조예 1 0.2 0.0 0.4
비교제조예 1 50 0.8 0.0
비교제조예 2 7.3 0.7 0.0
비교제조예 3 0.5 0.0 0.2
비교제조예 4 59.2 0.6 0.0
평가 2
제조예 1과 비교제조예 1 내지 4에 따른 필름의 제작 시 칠롤의 오염 여부를 육안으로 평가한다.
압출기를 이용해서 필름 제조 시 칠롤 표면의 오염 여부를 육안으로 확인하여 정성적으로 비교 평가한다.
그 결과는 표 3과 같다.
오염 여부
제조예 1 X
비교제조예 1 ◎
비교제조예 2 ◎
비교제조예 3 ○
비교제조예 4 ○
◎: 오염 강함, ○: 오염 약함, X: 오염 없음
표 3을 참고하면 제조예 1에 따른 필름을 제작시 칠롤 표면 오염이 없는데 반해 비교제조예 1 내지 4에 따른 필름을 제작시 칠롤의 표면 오염이 관찰되는 것을 확인할 수 있다. 오염은 필름 내의 이색성 염료가 필름의 표면으로 이동하여 관찰되는 것으로, 제조예 1에 따른 필름은 비교제조예 1 내지 4에 따른 필름과 비교하여 이색성 염료의 이동 및/또는 손실이 적음을 확인할 수 있다.
평가 2
제조예 1과 비교제조예 1 내지 4에 따른 필름의 이색성 염료의 이동 여부를 평가한다.
이색성 염료의 이동 여부는 제조예 1과 비교제조예 1 내지 4에 따른 필름 위에 투명 테이프(3M사, ScotchTM Tape, Cat. 122A)를 부착하고 85℃에서 2시간 방치한 후, 투명 테이프를 제거하여 투명 테이프에 붙어있는 이색성 염료의 양으로부터 확인한다. 투명 테이프에 붙어있는 이색성 염료의 양은 투명 테이프의 초기 흡광도와 테스트 후의 투명 테이프의 흡광도의 차이로부터 확인한다.
그 결과는 표 4와 같다.
투명테이프 흡광도 변화도(ΔAbs, @550nm)
제조예 1 0.052
비교제조예 1 0.229
비교제조예 2 0.203
비교제조예 3 0.124
비교제조예 4 0.074
표 4를 참고하면, 제조예 1에 따른 필름은 비교제조예 1 내지 4에 따른 필름과 비교하여 투명 테이프로 이동한 이색성 염료의 양이 적은 것을 확인할 수 있다. 이로부터 제조예 1에 따른 필름은 비교제조예 1 내지 4에 따른 필름과 비교하여 이색성 염료의 이동 및/또는 손실이 적음을 확인할 수 있다.
편광필름의 제조
실시예 1
제조예 1에 따른 필름을 115℃에서 1000% 배율로 일축 연신(Instron사 인장시험기 사용)하여 편광 필름을 제조한다.
비교예 1
제조예 1에 따른 필름 대신 비교제조예 1에 따른 필름을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 편광 필름을 제조한다.
비교예 2
제조예 1에 따른 필름 대신 비교제조예 2에 따른 필름을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 편광 필름을 제조한다.
비교예 3
제조예 1에 따른 필름 대신 비교제조예 3에 따른 필름을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 편광 필름을 제조한다.
비교예 4
제조예 1에 따른 필름 대신 비교제조예 4에 따른 필름을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 편광 필름을 제조한다.
평가 3
유리 기판 위에 감압점착제(PS-47, Soken 사 제조)를 사용하여 실시예 1과 비교예 1 내지 4에 따른 편광 필름을 부착하여 테스트용 편광 필름을 준비한다. 테스트용 편광 필름의 광 투과도, 편광도 및 색상을 측정 또는 계산하고 85℃에서 100시간 방치한 후 광 투과도, 편광도 및 색상을 다시 측정 또는 계산하여 변화 정도를 평가한다.
광 투과도는 JASCO사 V-7100 UV/Vis spectrophotometer를 사용하여 평가한다.
상기 측정한 광 투과도를 사용하여 편광도(polarizing efficiency, PE)를 구한다.
편광도는 하기 수학식 1에 의하여 구한다.
[수학식 1]
PE (%) = [(T∥-T⊥)/(T∥+T⊥)]1/2 ⅹ 100
상기 수학식 1에서,
PE는 편광도이고,
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.
색 변이는 광원 D65, 8도 반사, 수광부 2도 조건으로 광을 공급하면서 분광측색계(CM-3600d, Konica Minolta 社)를 사용하여 평가한다.
그 결과는 표 5와 같다.
광 투과도 변화량
(ΔTs, %)		 편광도 변화량
(ΔPE, %)		 색 변이
Δa* Δb*
실시예 1 -0.79 0.09 0.09 2.79
비교예 1 -5.48 -1.86 1.66 10.18
비교예 2 -7.36 -0.87 1.36 9.27
비교예 3 -5.70 -0.44 0.80 7.91
비교예 4 -3.67 -0.03 0.08 3.81
표 5를 참고하면, 실시예 1에 따른 편광 필름은 비교예 1 내지 4에 따른 편광 필름과 비교하여 고온 방치 후 광 투과도 변화량, 편광도 변화량 및 색 변이가 모두 작은 것을 확인할 수 있다. 이로부터 실시예 1에 따른 편광 필름은 비교예 1 내지 4에 따른 편광 필름과 비교하여 이색성 염료의 이동 및/또는 손실이 적어 편광 필름의 광학 특성의 열화가 방지될 수 있음을 확인할 수 있다.
이상을 통해 실시예에 대하여 설명하였지만, 실제 구현되는 구조는 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 권리범위에 속하는 것은 당연하다.
10: 액정 표시 패널
70: 편광필름 71: 소수성 고분자
72: 이색성 염료 90: 점착층
95: 위상차 필름
100: 제1 표시판 200: 액정층
300: 제2 표시판 410: 베이스 기판
420: 하부 전극 430: 유기 발광층
440: 상부 전극 450: 봉지 기판

Claims (20)

  1. 소수성 고분자와 이색성 염료를 포함하고,
    상기 소수성 고분자는 에틸렌 구조 단위를 0.5몰% 이하로 포함하고 1 내지 5의 분자량 분포를 가지는 폴리프로필렌계 중합체를 포함하는 편광 필름.
  2. 제1항에서,
    상기 폴리프로필렌계 중합체는 0.01ppm 이상의 지르코늄 또는 하프늄을 포함하는 편광 필름.
  3. 제2항에서,
    상기 폴리프로필렌계 중합체는 0.05ppm 내지 50ppm의 지르코늄 또는 하프늄을 포함하는 편광 필름.
  4. 제1항에서,
    상기 폴리프로필렌계 중합체는 1.0ppm 이하의 마그네슘 및 0.5ppm 이하의 티타늄을 포함하는 편광 필름.
  5. 제1항에서,
    상기 폴리프로필렌계 중합체는 0.1g/10min 내지 15g/10min의 용융흐름지수를 가지는 편광 필름.
  6. 제1항에서,
    상기 소수성 고분자는 에틸렌 구조 단위를 0.5몰% 초과로 포함하는 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체를 더 포함하는 편광 필름.
  7. 제6항에서,
    상기 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체는 1 내지 5의 분자량 분포를 가지는 편광 필름.
  8. 제1항에서,
    상기 이색성 염료는 380nm 내지 780nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는 적어도 1종을 포함하는 편광 필름.
  9. 제1항에서,
    상기 이색성 염료는 상기 폴리올레핀 수지 100 중량부에 대하여 0.01 내지 2 중량부로 포함되는 편광 필름.
  10. 제1항에서,
    상기 편광 필름은 상기 소수성 고분자와 상기 이색성 염료의 용융 혼합물인 편광 필름.
  11. 제1항에서,
    상기 편광 필름은 일축 연신되어 있는 편광 필름.
  12. 제1항에서,
    85℃에서 100시간 방치시 광 투과도 변화율(ΔT) 및 편광도 변화율(ΔPE)은 각각 1.0% 이하인 편광 필름.
  13. 지르코노센 촉매 또는 하프노센 촉매를 사용하여 프로필렌을 포함하는 모노머를 중합하여 에틸렌 구조 단위를 0.5몰% 이하로 포함하고 1 내지 5의 분자량 분포를 가지는 폴리프로필렌계 중합체를 준비하는 단계,
    상기 폴리프로필렌계 중합체를 포함한 소수성 고분자와 이색성 염료를 상기 소수성 고분자의 용융점 이상의 온도에서 용융 혼합하는 단계,
    상기 용융 혼합물을 성형하는 단계, 그리고
    상기 성형체를 연신하는 단계
    를 포함하는 편광 필름의 제조 방법.
  14. 제13항에서,
    상기 폴리프로필렌계 중합체를 준비하는 단계에서 지르코노센 촉매 또는 하프노센 촉매는 상기 모노머 1몰에 대하여 0.0001mmol 내지 0.1mmol로 포함되는 편광 필름의 제조 방법.
  15. 제13항에서,
    상기 소수성 고분자는 에틸렌 구조 단위를 0.5몰% 초과로 포함하는 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체를 더 포함하는 편광 필름의 제조 방법.
  16. 제15항에서,
    상기 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체는 1 내지 5의 분자량 분포를 가지는 편광 필름의 제조 방법.
  17. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 편광 필름, 그리고
    상기 편광 필름의 일면에 위치하는 위상차 필름
    을 포함하는 광학 필름.
  18. 제17항에서,
    상기 위상차 필름은 λ/4 위상차 필름, λ/2 위상차 필름 또는 이들의 조합을 포함하는 광학 필름.
  19. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 편광 필름을 포함하는 표시 장치.
  20. 제17항에 따른 광학 필름을 포함하는 표시 장치.
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