KR20180023655A - 편광 소자 및 이의 용도 - Google Patents

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이병선
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 출원은 반사를 저감한 리오트로픽 액정을 이용한 편광 소자 및 이의 용도를 제공한다. 상기 편광 소자는 코팅 방식으로 간단하게 제조할 수 있으며, 구조의 단순화를 통한 소자의 박형화가 가능하다는 장점이 있다. 또한, 상기 편광 소자는 내열성 및 내광성이 우수하며 외력에 의한 변형이 적다는 장점이 있다. 상기 편광 소자는 디스플레이 장치의 반사 저감을 위하여 사용될 수 있고, 특히 폴더블 디스플레이 장치 또는 차량용 디스플레이 장치에 유용하게 사용될 수 있다.

Description

편광 소자 및 이의 용도 {Polarizing Element and use thereof}
본 출원은 편광 소자 및 이의 용도에 관한 것이다.
디스플레이 장치에서 주로 이용되는 편광 소자는, 예를 들면, 요오드가 염착된 폴리비닐알코올(PVC; Poly Vinyl Alcohol) 필름과 이를 보호하는 보호필름, 예를 들어 트리아세틸셀룰로스(TAC; Tri Acetyl Cellulose) 필름의 복합 필름 구조로 형성되어 있다.
상기 요오드 염착을 통한 필름형 다층 소자의 대안으로서 간단한 코팅 공정으로 형성하는 새로운 개념의 박막형 고분자 편광 필름의 개발이 모색되고 있다. 이러한 구조 단순화를 통한 편광 소자의 박막화와 저가 제조 공정 기술은 디스플레이 장치의 원가 절감과 플렉시블 디스플레이 구현을 위한 핵심 기술로서 특허문헌 1과 같이 리오트로픽 액정 조성물을 코팅하여 편광 소자를 제조하는 기술이 알려져 있다. 그러나, 리오트로픽 액정을 이용한 편광 소자는 요오드형 편광 소자에 비하여 반사가 크다는 문제점이 있고 이는 디스플레이 장치의 성능을 저하시키는 요인이 된다.
한국 특허 공개 제2010-0128992호 공보
본 출원은 반사를 저감한 리오트로픽 액정을 이용한 편광 소자 및 상기 편광 소자의 용도를 제공한다.
본 출원은 편광 소자에 관한 것이다. 본 출원의 예시적인 편광 소자는 편광층 및 고굴절층을 포함할 수 있다. 상기 편광층은 리오트로픽 액정을 형성하는 이색성 염료를 포함할 수 있다. 상기 고굴절층은 550nm 파장의 광에 대한 굴절률이 1.4 내지 2.0일 수 있다. 도 1은 상기 편광층(10) 및 고굴절층(20)을 순차로 포함하는 편광 소자를 예시적으로 나타낸다.
본 출원의 상기 편광 소자는 리오트로픽 액정을 이용한 편광 소자로서, 코팅 방식으로 간단하게 제조할 수 있으며, 구조의 단순화를 통한 소자의 박형화가 가능하다는 장점이 있다. 또한, 본 출원의 상기 편광 소자는 내열성 및 내광성이 우수하며 외력에 의한 변형이 적다는 장점이 있다. 또한, 본 출원의 상기 편광 소자는 고굴절층을 이용함으로써 반사를 저감시켜 디스플레이 장치에 적용되더라도 성능을 저하시키지 않는 장점이 있다.
이하, 본 출원의 상기 편광 소자에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 명세서에서 각도를 정의하면서, 수직, 수평, 직교 또는 평행 등의 용어를 사용하는 경우, 이는 목적 효과를 손상시키지 않는 범위에서의 실질적인 수직, 수평, 직교 또는 평행을 의미하는 것이고, 예를 들면, 제조 오차(error) 또는 편차(variation) 등을 포함하는 것이다. 따라서, 예를 들면, 상기 각각의 경우는 약 ±15도 이내의 오차, 바람직하게는 약 ±10도 이내의 오차, 보다 바람직하게는 약 ±5도 이내의 오차를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 용어 「이방성」은 어떤 물질이 방향에 따라 상이한 물성을 나타내는 성질을 의미할 수 있다. 본 명세서에서 용어 「등방성」은 어떤 물질이 방향에 따라 동등한 물성을 나타내는 성질을 의미할 수 있다. 상기 물성은 예를 들어 굴절율과 같은 광학적 물성을 의미할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 편광층은 광학 이방성을 가질 수 있고, 상기 고굴절층은 광학 등방성을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 편광층은 굴절률 이방성을 가질 수 있고, 상기 고굴절층은 굴절률 등방성을 가질 수 있다.
본 명세서에서 용어「리오트로픽 액정(LLC; Lyotropic Liquid Crystal)」은, 일정한 조성 또는 농도 범위에서 액정성을 나타내는 물질을 의미할 수 있다. 상기 리오트로픽 액정은 일정한 온도 범위 에서 액정성을 나타내는 서모트로픽 액정(Thermotropic Liquid Crystal)에 대응되는 개념일 수 있다.
본 명세서에서 용어 「이색성 염료」는, 소정 파장의 범위에서 전자기선의 이방성 흡수 거동을 나타내는 물질로서, 예를 들면 특정한 방향으로 다른 방향보다 더 많은 빛을 흡수할 수 있는 분자를 의미할 수 있다.
상기 이색성 염료를 소정 방향으로 배향시키면 입사 광에 대하여 비등방성 투과 특성을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 상기 편광층은 입사 광을 어느 하나의 편광축에 따라서 선택적으로 투과시키며 상기 편광축에 수직하는 편광축에 따라서 흡수 및/또는 반사시키는 기능을 나타낼 수 있다. 본 명세서에서 용어 「편광축」은 광에서 전계의 진동 방향을 의미할 수 있다.
상기 이색성 염료의 최대 흡수 파장은 가시광 영역의 파장 범위일 수 있다. 예를 들어, 상기 이색성 염료의 최대 흡수 파장은 300nm 내지 800nm, 보다 구체적으로, 380nm 내지 700nm 파장 범위 내에 있을 수 있다. 상기 이색성 염료의 최대 흡수 파장이 상기 범위 내인 경우 상기 편광 소자가 디스플레이 장치에 적용되는 경우 우수한 성능을 발휘할 수 있다.
상기 이색성 염료는 분자량이 300 g/mol 내지 900 g/mol, 바람직하게는 450 g/mol 내지 800 g/mol, 보다 바람직하게는 600 g/mol 내지 900 g/mol일 수 있다. 이러한 범위에서 상기 이색성 염료는 적절한 흡수 파장을 나타내고 또한 안정적인 리오트로픽 액정상을 형성할 수 있다.
상기 이색성 염료로는 이 분야에서 공지되어 있는 리오트로픽 액정상을 형성할 수 있는 이색성 염료를 본 출원의 목적을 손상시키지 않는 범위 내에서 선택하여 사용할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 리오트로픽 액정상을 형성할 수 있는 이색성 염료는 염료 발색단 코어 및 염 형태의 잔기를 포함할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 편광층은, {색원체}(-XiO-Mi +)n으로 나타나는 이색성 음이온계 염료의 하나 이상의 염(상기 식에서, 색원체는 염료 발색단 시스템(dye chromophore system)이고, Xi는 CO, SO2, OSO2 또는 OPO(O-M+)이며, n은 1 내지 10이고, Mi +는 H+, MH + 및/또는 Mo +이며, MH +는 NH4 +, Li+, Na+, K+, Cs+, 1/2Mg++, 1/2Ca++, 1/2Ba++, 1/3Fe+++, 1/2Ni++ 또는 1/2Co++ 유형의 무기 양이온이고, Mo +는 N-알킬피리디늄, N-알킬키놀리늄, N-알킬이미다졸리늄, N-알킬티아졸리늄, OH-(CH2-CH2O)m-CH2CH2-NH3 +(상기에서, m은 1 내지 9), RR’NH2 +, RR’R”NH+, RR’R”R*N+, RR’R”R*P+(상기에서, R, R’, R”, R*는 CH3, ClC2H4, C2H5, C3H7, C4H9, C6H5CH2 등의 치환 또는 비치환 알킬기, 치환 또는 비치환된 페닐 또는 헤테로아릴임), YH-(CH2-CH2Y)k-CH2CH2 (상기에서, Y는 O 또는 NH이고, k는 0 내지 10)); (Mi +O-Xi -)n{색원체}(-XjO-SAIj)m로 표시되는 양쪽성 계면활성제 및/또는 표면활성 양이온을 가지는 이색성 음이온계 염료의 하나 이상의 회합체 (상기에서, Xj는 CO, SO2, OSO2, OPO(O-M+)이고, n은 0 내지 9이며, m은 1 내지 4이고, Mi +는 H+, MO + 및/또는 MH +이며, SAIj (이하 표면활성 이온)은 SAC+ 및/또는 AmSAS이고, SAC+는 표면활성 양이온이고, AmSAS는 양쪽성 표면활성 물질); (Mi +O-Xi -)n{색원체}SAI로 표시되는 양쪽성 계면활성제 및/또는 표면활성 음이온을 가지는 이색성 양이온계 염료의 하나 이상의 회합체 (상기에서, n은 0 내지 5이고, SAI는 SAA- 및/또는 AmSAS이며, SAA-는 표면활성 음이온); {색원체}(-Zi +RR’R”SAIi)n으로 표시되는 양쪽성 계면활성제 및/또는 표면활성 음이온을 가지는 이색성 양이온계 염료의 하나 이상의 회합체 (상기에서, Zi는 N, P이고, R, R’, R”는 CH3, ClC2H4, HOC2H4, C2H5, C3H7 등의 치환 또는 비치환된 알킬기이며, SAIi는 SAA- 및/또는 AmSAS이고, n은 1 내지 4); ([{-색원체}(-XiO-Mi +)n]-Li-)q으로 표시되는 이색성 음이온계 올리고머 염료의 하나 이상의 염 (상기에서, L은 (CH2)6, C6H4, C6H3G-C6H3G, C6H3G-Q-C6H3G (상기에서, G는 H, Hal, OH, NH2, Alk이고, Q는 O, S, NH, CH2, CONH, SO2, NH-CO-NH, CH=CH, N=N, CH=N)이고, n은 1 내지 10이며, q는 5 내지 10); 및/또는 무기 또는 친수성 잔기를 가지지 않는 하나 이상의 수불용성 이색성 염료에 기초하여 형성할 수 있다. 상기 염료는 동일한 이온기, 예를 들면, -XiOMi +, -XjO-SAIj, -Xi +RR’R” 및/또는 Mi +를 포함할 수 있고, 동시에 2개의 동일한 기 및/또는 양이온의 각종 부재를 포함하여 여러 개의 상이한 이온 기 및/또는 Mi +를 포함할 수 있고, 상기 이온 기, 즉 -XiOMi +, -XjO-SAIj, -Xi +RR’R”는 방향족 고리와 직접 및/또는 가교, 예를 들면 -Qi-(CH2)p-(상기에서, Qi는 SO2NH, SO2, CONH, CO, O, S, NH 또는 CH2이고, p는 1 내지 10)를 통해서 결합될 수 있다.
상기에서 색원체는, 예를 들면, 1,4,5,8-나프탈렌-, 3,4,9,10-페릴렌-, 3,4,9,10-안탄트론-테트라카르복실산, 아조 염료, 아족시 염료, 금속 착물 염료, 아조메틴 염료, 스틸렌 염료 또는 폴리메틴 염료 계열의 발색단 시스템일 수 있다. 다른 예시에서 상기 색원체는 모노-, 비스-, 트리스-, 폴리아조- 또는 아족시-염료, 스틸벤, 아조메틴, 티오피로닌, 피로닌, 아크리딘, 안트라퀴논, 페리논, 인디고이드, 옥사진, 아릴카르보늄, 티아진, 크산텐 또는 아진 염료, 디- 및 트리아릴메탄의 복소환 유도체, 다환식 또는 금속 착물 화합물, 안트론의 복소환 유도체, 또는 이들의 혼합물의 구조를 가지는 직접 염료, 활성 염료, 산 염료, 폴리메틴 염료, 시아닌 염료, 헤미시아닌 염료, 배트(vat) 염료 및 분산 염료로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 이색성 염료 또는 안료로부터 선택된 발색단 시스템일 수 있다.
상기 편광 소자의 제조에는 상기 언급한 이색성 유기 염료 중 적절한 형태의 염료가 선택되어 사용될 수 있다.
상기 기술된 형태의 염료의 제조를 위해서는, 예를 들면, 미국 특허 제5,007,942호 또는 미국 특허 제5,340,504호에서 개시하는 스틸벤 염료; 미국 특허 제5,318,856호에 기재된 아조- 및 금속 착물 염료; C.I. 다이렉트 옐로우 12, C.I. 다이렉트 옐로우 28, C.I. 다이렉트 옐로우 44, C.I. 다이렉트 옐로우 142, C.I. 다이렉트 오렌지 6, C.I. 다이렉트 오렌지 26, C.I. 다이렉트 오렌지 39, C.I. 다이렉트 오렌지 72, C.I. 다이렉트 오렌지 107, C.I. 다이렉트 레드 2, C.I. 다이렉트 레드 31, C.I. 다이렉트 레드 79, C.I. 다이렉트 레드 81, C.I. 다이렉트 레드 240, C.I. 다이렉트 레드 247, C.I. 다이렉트 바이올렛 9, C.I. 다이렉트 바이올렛 48, C.I. 다이렉트 바이올렛 51, C.I. 다이렉트 블루 1, C.I. 다이렉트 블루 15, C.I. 다이렉트 블루 71, C.I. 다이렉트 블루 78, C.I. 다이렉트 블루 98, C.I. 다이렉트 블루 168, C.I. 다이렉트 블루 202, C.I. 다이렉트 브라운 l06, C.I. 다이렉트 브라운 223, C.I. 다이렉트 그린 85 등의 직접 염료; C.I. 액티브 옐로우 1, C.I. 액티브 레드 1, C.I. 액티브 레드 6, C.I. 액티브 레드 14, C.I. 액티브 레드 46, C.I. 액티브 바이올렛 1, C.I. 액티브 블루 9, C.I. 액티브 블루 10 등의 활성 염료; C.I. 애씨드 오렌지 63, C.I. 애씨드 레드 85, C.I. 애씨드 레드 144, C.I. 애씨드 레드 152, C.I. 애씨드 브라운 32, C.I. 애씨드 바이올렛 50, C.I. 애씨드 블루 18, C.I. 애씨드 블루 44, C.I. 애씨드 블루 61, C.I. 애씨드 블루 102, C.I. 애씨드 블랙 21 등의 산 염료; C.I. 베이직 레드 12, 베이직 브라운 (C.I. 33500), C.I. 베이직 블랙 등의 양이온성 염료 등이 사용될 수 있다.
상기 이색성 염료는, 예를 들면, 국제공개특허 1999-31535 또는 국제공개특허 2000-067069 등에서 공지된 방식에 의해 제조할 수 있다.
하나의 예시에서 상기 이색성 염료는 하기 화학식 1로 표시되는 염료일 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서 Q는 염료 발색단 시스템이고, A는 단일 결합, 탄소수 1 내지 12의 알킬렌기 또는 탄소수 1 내지 12의 알킬리덴기, -SO2NH-T-, -SO2-T-, -CONH-T-, -CO-T-, -O-T-, -S-T- 또는 -NH-T-이고, 상기에서 T는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기 또는 알킬리덴기이며, R은 염 형태의 잔기이고, n은 Q에 결합된 A-R의 수로서 1 내지 10이다.
상기 화학식 1에서 염료 발색단 시스템은, 예를 들면, 전술한 바와 같이 최대 흡수 파장이 350 nm 내지 900 nm, 바람직하게는 350 nm 내지 600 nm, 보다 바람직하게는 440 nm 내지 500 nm의 범위에 있는 염료 발색단 시스템일 수 있다. 또한, 상기 염료 발색단 시스템은 분자량이 300 g/mol 내지 900 g/mol, 바람직하게는 450 g/mol 내지 800 g/mol, 보다 바람직하게는 600 g/mol 내지 900 g/mol인 발색단 시스템일 수 있다.
상기 화학식 1에서 단일 결합은, A로 표시된 부분에 별도의 원자가 존재하지 않고, Q와 R이 직접 연결된 경우를 의미한다. 상기에서 A는 바람직하게는, 단일 결합, 탄소수 1 내지 8의 알킬렌기 또는 탄소수 1 내지 8의 알킬리덴기일 수 있고, 더욱 바람직하게는 단일 결합, 탄소수 1 내지 4의 알킬렌기 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬리덴기일 수 있으며, 보다 바람직하게는 단일 결합일 수 있다.
또한, 상기 화학식 1에서 염 형태의 잔기는, 예를 들면, 상기 기술한 이색성 염료에 포함되는 잔기, 예를 들면, -XiO-Mi + 등일 수 있고, 바람직하게는 -SO3 -M+ 또는 -COO-M+일 수 있으며, 상기에서 M+은 H+; NH4 +, Li+, Na+, K+, Cs+, 1/2Mg++, 1/2Ca++, 1/2Ba++, 1/3Fe+++, 1/2Ni++ 또는 1/2Co++ 등의 무기 양이온; N-알킬피리디늄, N-알킬키놀리늄, N-알킬이미다졸리늄, N-알킬티아졸리늄, OH-(CH2-CH2O)m-CH2CH2-NH3 +(상기에서, m은 1 내지 9), RR’NH2 +, RR’R”NH+, RR’R”R*N+, RR’R”R*P+(상기에서, R, R’, R”, R*는 CH3, ClC2H4, C2H5, C3H7, C4H9, C6H5CH2 등의 치환 또는 비치환 알킬기, 치환 또는 비치환된 페닐 또는 헤테로아릴임) 또는 YH-(CH2-CH2Y)k-CH2CH2 (상기에서, Y는 O 또는 NH이고, k는 0 내지 10) 등일 수 있다. 상기 M+은 바람직하게는 무기 양이온, 보다 바람직하게는 Li+, Na+, K+ 또는 Cs+, 더욱 바람직하게는 Na+ 또는 Li+일 수 있다.
또한, 상기 화학식 1에서 n은 바람직하게는 1 내지 5, 더욱 바람직하게는 1 내지 3일 수 있다.
화학식 1의 이색성 염료는 보다 바람직하게는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00002
상기 화학식 2에서 -U-는, -N=N- 또는 -O-(CH2)-(CHOH)-(CH2)-O-이고, X는 각각 독립적으로 탄소수 6 내지 18의 아릴기 또는 고리를 구성하는 원자가 6 내지 18개인 헤테로아릴기이며, R은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같고, R1은 히드록시기, 탄소수 1 내지 12의 알콕시기, 탄소수 1 내지 12의 할로알킬기, 옥소기 또는 -N=N-Ph를 나타내고, 상기에서 Ph는 탄소수 1 내지 12의 알콕시기로 치환되어 있거나 또는 비치환된 페닐기이며, l 및 m은 X에 치환된 R의 수로서 각각 독립적으로 1 또는 2를 나타내고, p 및 q는 X에 치환된 R1의 수로서 각각 독립적으로 0 내지 2의 수를 나타낸다.
상기에서 헤테로아릴기에서 고리 구성 원자로 포함되는 헤테로 원자는, 예를 들면, N 또는 O일 수 있고, 바람직하게는 N일 수 있다. 또한, 상기 헤테로아릴기의 고리 구성 원자 중에서 헤테로 원자는, 예를 들면 1개 내지 5개, 바람직하게는 1개 내지 3개, 보다 바람직하게는 1개 내지 2개일 수 있다.
상기 화학식 2에서 -U-는, 바람직하게는 -N=N-일 수 있고, X는 바람직하게는 탄소수 6 내지 12의 아릴기 또는 고리 구성 원자가 6 내지 12개인 헤테로아릴기, 보다 바람직하게는 탄소수 6 내지 12의 아릴기일 수 있으며, R1은, 바람직하게는 히드록시기, 탄소수 1 내지 8의 알콕시기, 탄소수 1 내지 8의 할로알킬기, 옥소기 또는 -N=N-Ph(상기에서 Ph는 하나 이상의 탄소수 1 내지 8의 알콕시기로 치환되어 있거나 또는 비치환된 페닐기), 보다 바람직하게는 히드록시기, 탄소수 1 내지 4의 알콕시기, 탄소수 1 내지 4의 할로알킬기, 옥소기 또는 -N=N-Ph(상기에서 Ph는 하나 이상의 탄소수 1 내지 4의 알콕시기로 치환되어 있거나 또는 비치환된 페닐기)이며, l 및 m은, 보다 바람직하게는 각각 1이고, p 및 q는, 보다 바람직하게는 각각 독립적으로 0 또는 1일 수 있다.
상기 언급된 이색성 염료를 사용하면, 리오트로픽 액정상의 형성과 이색성 염료에 기초한 리오트로픽 액정 조성물의 구조 및 레올로지 특성을 포함하는 콜로이드성-화학성의 변경을 위해 염료의 순도 이외의 매우 중요한 인자인 이색성 염료 분자의 소수성-친수성 균형의 조절이 가능할 수 있다. 용해성과 소수성-친수성 균형의 변경은 형성 공정과, 분자 규칙도에 영향을 미치며, 결과적으로 임의의 기판의 표면상에 리오트로픽 액정 조성물을 퇴적시키고 용매를 제거한 후 형성되는 이방성층의 편광 변수에 영향을 미치는 리오트로픽 액정상의 유형의 조절을 가능하게 한다.
상기 염료와 리오트로픽 액정 조성물의 특징은 2개 이상의 이온성기를 가지는 염료의 경우에 경우 특히 효과적으로 조절될 수 있다. 이러한 경우 2개 이상의 상이한 양이온을 사용하는 것이 가능하며, 각각의 양이온은 그들의 특성, 또는 다른 특성을 제공한다. 예를 들어, 증가된 용해성을 제공하는 Li+ 양이온과, 염료 분자의 응집도를 감소시키는 3개의 에탄올 암모늄 양이온 및 리오트로픽 액정상을 안정화시키는 테트라-부틸암모늄 양이온의 조합은 단일 분자 및/또는 낮은 회합도를 가지는 분자상 염료 회합물(착물)에 기초한 리오트로픽 액정 조성물의 제조를 가능하게 한다. 염료가 선형 분자 구조를 가져서 네마틱 리오트로픽 액정상의 형성을 촉진하고 이방성층의 형성에 의한 더 높은 배향도를 제공하며, 그 결과 전자기선의 보다 효과적인 선택적 투과 및 반사를 제공할 수 있다.
또한, 1/2Mg++, 1/2Ca++, 1/2Ba++ 등의 다가 양이온의 첨가는 분자상 착물 내의 응집도를 증가시키고, 높은 응집도, 예를 들면 50을 초과하는 응집도를 가지는 초분자상 착물의 리오트로픽 액정상의 형성을 유발하며, 그 용해도는 계면활성 이온을 사용하여 증가시킬 수 있다.
상기 이색성 염료를 포함하는 조성물(이하, 「리오트로픽 액정 조성물」이라 칭하는 경우가 있다.)을, 예를 들면 미국 특허 제5,739,296호 등에 개시된 방법과 같이, 그 사이에서 상기 리오트로픽 액정 조성물의 층이 분포되는, 하나의 표면에서 다른 표면으로의 분리 시에 유발되는 전단력(shearing force) 또는 쐐기력(wedging forces)을 부과하는 방법에 의해 실현될 수 있는 기계적 배치(mechanical ordering)에 기초하는 방법에 의해 배향시켜서 상기 편광층을 형성할 수 있다.
리오트로픽 액정 조성물은 염료 분자 또는 초분자상 착물의 하나의 무작위적 상호 정위가 불가능해지며, 정렬된 LC 상태를 가져야만 하는 필요한 농도까지 희석액의 농도를, 예를 들면, 증발 또는 멤브레인 초여과 방식에 의해 점차 증가시키거나, 또는 물, 물/알코올, 2극성 비양성자성 용매(예를 들면, DMFA(dimethyl formamide), DMSO(dimethyl sulfoxide), 셀로솔브, 에틸아세테이트 및 물과 혼화성인 다른 용매의 혼합물) 등과 같은 적합한 용매 중에 건조 염료를 용해시켜 적절한 염료의 수성 용액, 수성-유기 용액 및 유기 용액의 어느 하나로부터 수득할 수 있다. 상기 농도에서는 리오트로픽 액정 조성물 중 염료의 농도는 0.5 중량% 내지 30 중량%, 바람직하게는 약 0.5 중량% 내지 20 중량%, 보다 바람직하게는 약 0.5 중량% 내지 15 중량%의 범위 내에서 선택될 수 있다.
리오트로픽 액정의 콜로이드 화학 특성을 조절하기 위해, 상기 조성물은 용매 외에도 첨가제 및 개질제, 예를 들어 비이온계 및 이온계 계면활성제, 결합제 및 필름 형성 반응물(폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리아크릴산 및 그의 에테르, 폴리아크릴아미드, 폴리에틸렌 옥시드 및 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜 및 이들의 공중합체, 셀룰로스의 에틸- 및 히드록시프로필에테르, 카르복시메틸셀룰로스의 나트륨염 등)을 포함할 수도 있다. 상기 조성물은 추가로 아미드 계열로부터 히드로트로픽 (hydrotropic) 첨가제, 예를 들어 디메틸 포름아미드, 디메틸술폭시드, 인산의 알킬아미드, 카르바미드 및 그의 N-치환 유도체, N-알킬피롤리돈, 디시안디아미드 및 이들의 혼합물, 및 아미드와 글리콜류의 혼합물을 포함할 수 있다. 적절한 첨가제의 사용은 조성물의 안정성을 증가시킬 뿐만 아니라 염료 분자의 응집 과정을 조절하여 결과적으로 리오트로픽 액정상의 형성 과정을 조절하는 것이 가능하게 한다. 따라서, 히드로트로픽 첨가제의 첨가는 단일 염료 분자의 리오트로픽 액정 조성물의 제조를 가능하게 한다.
이에 따라 상기 편광층은 50 중량% 이하의 개질제, 예를 들어 액정, 실리콘, 가소제, 래커, 비이온계, 이온계 계면활성제를 포함하는 상이한 유형의 광, 친수성 및/또는 소수성 중합체의 안정화제를 추가로 포함할 수 있다.
상기 편광층의 형성을 위해, 국부적으로 정렬된 리오트로픽 액정 조성물이, 예를 들면, 미국 특허 제5,739,296호 등에서 공지된 방법에 의해 기판의 표면에 퇴적될 수 있다. 외부적인 배향 영향의 작용 하에, 리오트로픽 액정 조성물은 광학 전이 염료 분자 또는 이들의 이방성 흡수 단편의 쌍극자 모멘트가 기계적 배향 방향 또는 표면 이방성에 의해 설정되거나, 자기 및 전자기장의 영향으로 설정될 수 있는 방향에 대해 균질하게 배향되는 거시적 배향을 취할 수 있다. 예를 들면, 용매의 제거 또는 온도의 감소 등에 의한 고화 공정 도중 분자의 배향은 양호하게 보존될 뿐만 아니라 결정화로 인해 증가한다.
다른 예시에서 전단력의 작용 하의 기판 표면상의 리오트로픽 액정 조성물의 배향은 다이 또는 나이프 블레이드나 원통형 블레이드일 수 있는 닥터블레이드를 사용한 조성물의 퇴적에 의해 실현될 수 있다. 상이한 양이온을 포함하는 형태 중 하나의 염료 기재의 이방성층의 한 제조 방법은 바륨, 칼슘 또는 마그네슘 클로라이드 용액으로 형성된 층의 처리를 제공한다. 이 처리에 의해 리튬, 나트륨, 칼륨, 암모늄, 에탄올암모늄, 알킬암모늄, 바륨, 칼슘 또는 마그네슘 등의 양이온들을 동시에 포함하는 이방성층을 제조할 수 있다.
도 2는 리오트로픽 액정을 형성하는 이색성 염료의 배열을 예시적으로 나타낸다. 도 2 (a) 및 (b)에서 101은 이색성 염료를 나타내고, C는 이색성 염료의 코팅 방향을 나타내며, A는 이색성 염료의 정렬 방향을 나타내고, T는 이색성 염료로 형성된 편광층의 투과축을 나타내며, nx 및 ny는 각각 편광층의 면 방향에서 서로 직교하는 임의의 방향을 나타낸다. 하나의 예시에서, 상기 코팅 방향 C가 ny 방향인 경우 상기 편광층은 ny 방향으로 이상 굴절률(ne, extraordinary refractive index)을 가질 수 있고, nx 방향으로 정상 굴절률(no, ordinary refractive index)을 가질 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 코팅 방향 C가 ny 방향인 경우 상기 이색성 염료는 ny 방향으로 정렬되어 상기 편광층이 ny 방향으로 투과축을 가질 수 있다.
구체적으로 상기 이색성 염료(101)는 도 2에 나타낸 바와 같이, 편광층 내에서 일 방향(A)으로 정렬되어 칼럼 구조를 형성하고 있을 수 있다. 상기 이색성 염료는 농도가 충분히 높으면 칼럼의 종횡비(aspect ratio)가 증가하고, 서로 나란히 배열하여 상당히 긴 범위에서 위치 규칙성을 갖는 고배열된 칼럼 구조 액정상을 형성할 수 있다. 고배열된 상기 이색성 염료를 특정한 방향으로 배향시키고 건조시키면 광학적 및 전기적인 이방성을 갖는 배향된 결정 필름을 얻을 수 있다.
상기 편광층은 상기 칼럼 구조의 장축에 평행한 전기장 벡터를 가진 빛만 투과시키는 E형 편광 필름(E-Type polarizing film)으로 사용할 수 있다. 상기 칼럼 구조의 장축 방향은 상기 편광층을 형성하기 위한 코팅 과정에서 코팅 방향, 예를 들어, 도 2(a)의 C 방향과 일치할 수 있다.
상기 편광층은 상기 칼럼 구조의 장축 방향과 평행하는 투과축을 가질 수 있다. 상기 편광층에 입사하는 광 중 상기 투과축과 평행하는 방향으로 진동하는 편광은 상기 편광층을 투과할 수 있다. 상기 편광층은 투과축과 수직을 이루는 흡수축을 가질 수 있다. 상기 편광층에 입사하는 광 중 상기 흡수축과 평행하는 방향으로 진동하는 편광은 상기 편광층에 흡수되거나 또는 반사될 수 있다.
상기 칼럼 구조의 장축 방향은 상기 리오트로픽 액정의 이상 굴절률(ne; extraordinary refractive index)을 갖는 축의 방향과 평행을 이룰 수 있다. 상기 칼럼 구조의 장축 방향은 상기 리오트로픽 액정의 정상 굴절률(no; ordinary refractive index)을 갖는 축의 방향과 수직을 이룰 수 있다. 상기 이상 굴절률을 갖는 축을 액정 매질의 광축으로 호칠할 수 있고, 상기 광축은 상기 편광층을 형성하기 위한 코팅 과정에서 코팅 방향과 일치할 수 있다.
상기 편광층의 550nm 파장에 대한 이상 굴절률은 1.4 내지 1.8일 수 있다. 상기 이상 굴절률은 파장에 따라 거의 일정한 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 이상 굴절률은 약 400nm 내지 800nm 파장 범위 내에서 굴절률 편차가 0.2 이하일 수 있다. 본 명세서에서 특정 파장 범위 내에서 굴절률 편차는 상기 파장 범위 내에서 최대 굴절률과 최소 굴절률의 차이를 의미할 수 있다.
상기 편광층의 550nm 파장에 대한 정상 굴절률은 1 내지 3일 수 있다. 상기 정상 굴절률은 파장에 따라 큰 편차를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 정상 굴절률은 약 400nm 내지 800nm 파장 범위 내에서 굴절률 편차가1 이상일 수 있다. 이에 따라, 상기 편광층은 장파장으로 갈수록 높은 굴절률을 나타내는 경향이 있으며 이는 편광 소자의 반사를 높이는 요인이 될 수 있다.
상기 편광층은 상기 리오트로픽 액정 조성물의 코팅층일 수 있다. 상기 편광층은 코팅 방식에 의하여 형성 가능하며 구조 단순화를 통한 소자의 박형화가 가능하다. 상기 편광층의 광축 내지 투과축은 상기 조성물의 코팅 방향과 평행하므로 상기 코팅 방향을 조정함으로써 광축 내지 투과축의 방향을 조정할 수 있다.
상기 편광층의 두께는 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 조절될 수 있다. 예를 들어 상기 편광층의 두께는 5 ㎛ 이하 또는 3 ㎛ 이하일 수 있다. 편광층의 두께의 하한은 예를 들어 0초과, 보다 구체적으로, 1㎛ 이상일 수 있다. 상기 두께 범위 내에서 상기 편광층은 입사 광에 대하여 선택적인 투과 및 차단 특성을 효과적으로 나타낼 수 있고, 반사 저감 효과에 유리하다.
상기 고굴절층의 굴절률 내지 두께는 상기 편광 소자의 반사를 저감 시킨다는 측면에서 하기와 같이 조절될 수 있다. 상기 이색성 염료의 굴절율을 낮추는 경우 반사 저감 효과에 더욱 유리할 수 있다.
상기 고굴절층은 550nm 파장의 광에 대한 굴절률이 1.4 내지 2.0일 수 있다. 상기 고굴절층의 굴절률의 하한은 1.4 이상, 1.45 이상, 1.5 이상, 1.55 이상, 1.6 이상, 1.65 이상일 수 있고, 상기 고굴절층의 굴절률의 상한은 2.0 이하, 1.95 이하, 1.9 이하, 1.85 이하, 1.8 이하, 1.75 이하일 수 있다 상기 고굴절층의 굴절률이 상기 범위인 경우 상기 편광층을 이용한 편광 소자의 반사를 효과적으로 저감시킬 수 있다.
상기 고굴절층의 두께는 30nm 내지 70nm, 보다 구체적으로 30nm 내지 60nm일 수 있다. 상기 고굴절층의 두께가 상기 범위인 경우 상기 편광층을 이용한 편광 소자의 반사를 효과적으로 저감시킬 수 있다.
상기 고굴절층은 고굴절 입자를 사용할 수 있다. 상기 고굴절 입자로는 예를 들어, 금속 산화물을 사용할 수 있다. 상기 금속 산화물로는 상기 고굴절층의 굴절률 및 두께 범위를 나타내는데 적합한 재료를 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 상기 금속 산화물로는, 예를 들어, ITO(Indume tin oxide), TiO2또는 SiO2를 사용할 수 있다.
상기 고굴절층은 상기 금속 산화물을 포함하는 조성물(이하, 고굴절 조성물)의 코팅층일 수 있다. 상기 고굴절층은 상기 고굴절 조성물의 코팅 방식에 의하여 형성할 수 있다. 상기 고굴절 조성물은 상기 고굴절 입자 및 용매를 포함할 수 있다. 상기 용매로는 유기 용매를 사용할 수 있고, 예를 들어, 톨루엔, PGMEA(Propylene Glycol Mnomethyl Ether Acetate) 등을 사용할 수 있다. 상기 고굴절 조성물 내의 고굴절 입자의 농도는 고굴절층의 두께를 고려하여 적절히 조절될 수 있다. 예를 들어 상기 고굴절 조성물 내의 고굴절 입자의 농도는 통상적으로 20% 내지 25%이며, 적절한 농도를 맞추기 위하여 5% 내지 15%로 희석하여 사용할 수 있다.
상기 고굴절층은 상기 편광층의 일면에 직접 형성될 수 있다. 본 명세서에서 「직접 형성」은 중간에 매개물 없이 바로 형성됨을 의미할 수 있다. 상기 고굴절층과 상기 편광층은 코팅 방식에 의하여 형성될 수 있으므로, 별도의 접착제층 또는 점착제층과 같은 매개물 없이도 바로 형성될 수 있다.
상기 편광 소자는 기재 필름을 더 포함할 수 있다. 상기 기재필름의 일면에는 상기 편광층 또는 고굴절층이 직접 형성될 수 있다.
도 3은 기재 필름(30), 고굴절층(20) 및 편광층(10)을 순차로 포함하는 편광 소자를 예시적으로 나타낸다. 도 4는 기재필름(30), 편광층(10) 및 고굴절층(20)을 순차로 포함하는 편광 소자를 예시적으로 나타낸다.
상기 기재 필름으로는 예를 들어 광학적 투명성을 가지는 것을 사용할 수 있다. 하나의 예시에서 기재로는 광학적으로 투명한 플라스틱 필름 또는 시트를 사용하거나, 혹은 유리를 사용할 수 있다. 플라스틱 필름 또는 시트로는, DAC(diacetyl cellulose) 또는 TAC(triacetyl cellulose) 필름 또는 시트와 같은 셀룰로오스 필름 또는 시트; 노르보르넨 유도체 수지 필름 또는 시트 등의 COP(cyclo olefin copolymer) 필름 또는 시트; PMMA(poly(methyl methacrylate) 필름 또는 시트 등의 아크릴 필름 또는 시트; PC(polycarbonate) 필름 또는 시트; PE(polyethylene) 또는 PP(polypropylene) 필름 또는 시트 등과 같은 올레핀 필름 또는 시트; PVA(polyvinyl alcohol) 필름 또는 시트; PES(poly ether sulfone) 필름 또는 시트; PEEK(polyetheretherketone) 필름 또는 시트; PEI(polyetherimide) 필름 또는 시트; PEN(polyethylenenaphthatlate) 필름 또는 시트; PET(polyethyleneterephtalate) 필름 또는 시트 등과 같은 폴리에스테르 필름 또는 시트; PI(polyimide) 필름 또는 시트; PSF(polysulfone) 필름 또는 시트; PAR(polyarylate) 필름 또는 시트 또는 플루오르수지 필름 또는 시트 등이 예시될 수 있고, 일반적으로는 셀룰로오스 필름 또는 시트, 폴리에스테르 필름 또는 시트 또는 아크릴 필름 또는 시트 등이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 TAC 필름 또는 시트가 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 기재 필름으로는 액정층 또는 하드코팅층을 사용할 수도 있다. 상기 기재 필름은 필요에 따라 코로나 처리될 수도 있다. 상기 기재 필름에 코로나 처리를 하는 경우 기재 필름의 표면 에너지를 높여 코팅성을 향상시킬 수 있다.상기 기재 필름의 두께는 예를 들면 20 ㎛ 내지 150 ㎛의 범위 내에서 조절될 수 있다.
본 출원은 또한 상기 편광 소자의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 편광 소자는 상기 기재 필름의 일면에 상기 리오트로픽 액정 조성물 및 상기 고굴절 조성물 중 어느 하나의 조성물을 코팅한 후, 그 상부에 나머지 하나의 조성물을 코팅함으로써 형성할 수 있다. 상기 고굴절 조성물을 기재 필름에 먼저 코팅하는 경우 도 3의 구조의 편광 소자를 제조할 수 있으며, 상기 리오트로픽 액정 조성물을 기재 필름에 먼저 코팅하는 경우 도 4의 구조의 편과 소자를 제조할 수 있다.
상기 편광 소자의 제조 방법에서, 상기 리오트로픽 액정 조성물, 고굴절 조성물, 기재 필름 등에 관한 사항은 상기 편광 소자의 항목에서 기술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
상기 리오트로픽 액정 조성물 및 상기 고굴절 조성물을 코팅하는 방식은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 롤 코팅, 인쇄법, 잉크젯 코팅, 슬릿 노즐법, 바 코팅, 콤마 코팅, 스핀 코팅 또는 그라비어 코팅 등과 같은 공지의 코팅 방식을 통한 코팅에 의해 수행될 수 있다.
하나의 예로, 상기 고굴절층은 상기 기재 필름 또는 편광층 상에 상기 고굴절 조성물을 20℃ 내지 30℃ 온도에서 30nm 내지 70nm 두께로 코팅한 후, 80℃ 내지 100℃ 조건으로 건조한 후, 500 mJ 내지 2000 mJ로 자외선 경화함으로써 형성할 수 있다. 하나의 예로, 상기 편광층은 상기 기재 필름 또는 상기 고굴절층 상에 상기 리오트로픽 액정 조성물을 20℃ 내지 30℃ 온도에서 1㎛ 내지 5㎛ 두께로 코팅한 후, 80℃ 내지 100℃ 조건으로 건조함으로써 형성할 수 있다.
본 출원은 상기 편광 소자의 용도에 관한 것이다. 상기 편광 소자는 다양한 광학 기능성 층과 함께 사용될 수 있다. 상기 편광 소자는 점착제 또는 접착제를 매개로 다양한 광학 기능성층과 부착되어 사용될 수 있다.
하나의 예로, 본 출원은 상기 편광 소자 및 위상차 층을 포함하는 광학 부재에 관한 것이다. 상기 위상차 층은 상기 편광 소자의 편광층 또는 고굴절층의 일면에 존재할 수 있다. 도 5는 기재 필름(30), 고굴절층 (20), 편광층(10) 및 위상차 층(40)을 순차로 포함하는 광학 부재를 예시적으로 나타낸다. 도 6은 기재 필름(30), 편광층(10), 고굴절층(20) 및 위상차 층(40)을 순차로 포함하는 광학 부재를 예시적으로 나타낸다. 하나의 예시에서 상기 위상차 층은 점착제 또는 접착제를 매개로 상기 편광 소자의 편광층 또는 고굴절층의 일면에 부착되어 있을 수 있다.
상기 위상차 층은 위상 지연 특성은 목적하는 용도에 따라 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 위상차 층은 1/2 파장 위상 지연 특성(1/2 파장판 또는 반 파장 필름으로 호칭) 또는 1/4 파장 위상 지연 특성(1/4 파장판 또는 사분 파장 필름으로 호칭)을 가질 수 있다.
본 명세서에서 용어 「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. 상기 반 파장 필름은 예를 들어 550nm 파장의 광에 대한 면내 리타데이션이 200 nm 내지 290 nm 또는 220 nm 내지 270 nm일 수 있다. 상기 사분 파장 필름은 예를 들어, 550 nm의 파장에 대한 면내 리타데이션이 95 nm 내지 145 nm 또는 105 nm 내지 120 nm일 수 있다.
본 명세서에서 「면내 리타데이션」은 (nx-ny) x d로 계산되는 수치이고, 상기에서 nx는 위상차 층의 면내 지상축 방향의 굴절률이고, ny는 위상차 층의 면내 진상축 방향의 굴절률이며, d는 위상차 층의 두께를 의미한다. 본 명세서에서 「지상축(slow axis)」은 위상차 층에서 가장 높은 굴절률을 나타내는 방향의 축을 의미할 수 있고, 「진상축(fast axis)」은 위상차 층에서 가장 낮은 굴절률을 나타내는 방향의 축을 의미할 수 있다.
상기 위상차 층은 액정 층일 수 있다. 상기 액정 층은, 예를 들어, 중합성 액정 화합물을 포함할 수 있다. 중합성 액정 화합물은, 예를 들어, 중합된 상태로 액정 필름 내에 포함될 수 있다. 본 출원에서 「중합성 액정 화합물」은, 액정성을 나타낼 수 있는 부위, 예를 들면 메조겐(mesogen) 골격 등을 포함하고, 중합성 관능기를 하나 이상 포함하는 화합물을 의미할 수 있다. 또한 「중합성 액정 화합물이 중합된 형태로 포함되어 있다는 것」은 상기 액정 화합물이 중합되어 액정 고분자 필름 내에서 액정 고분자의 주쇄 또는 측쇄와 같은 골격을 형성하고 있는 상태를 의미할 수 있다. 중합성 액정 화합물은, 예를 들어, 수평 배항 상태로 액정 고분자 필름 내에 포함되어 있을 수 있다.
상기 위상차 층은 고분자 연신 필름일 수 있다. 상기 고분자 연신 필름은, 예를 들어, 연신에 의해 광학 이방성을 부여할 수 있는 광투과성의 고분자 필름을 적절한 방식으로 연신한 필름일 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.
상기 위상차 층의 광축과 상기 편광 소자의 투과축은 상기 광학 부재의 목적을 고려하여 조절될 수 있다. 상기 위상차 층의 광축과 상기 편광 소자의 투과축은 예를 들어, 약 40도 내지 50도, 구체적으로 약 45도를 이룰 수 있다. 상기 각도를 만족하는 경우 상기 위상차 층이 이분 파장 필름인 경우 상기 편광 소자를 투과한 선 편광의 진동 방향을 90도로 회전시킬 수 있다. 상기 각도를 만족하는 경우 상기 위상차 층이 사분 파장 필름인 경우 상기 편광 소자를 투과한 선 편광을 원 편광으로 전환할 수 있다.
본 출원의 상기 편광 소자 또는 광학 부재는 액정 표시 장치, EL (Electroluminescence) 표시 장치, 전계 방출 표시 장치, 전자 페이퍼를 이용한 표시 장치, 투사형 표시 장치 또는 압전 세라믹 표시 장치 등과 같은 다양한 디스플레이 장치에 적용될 수 있다. 상기 디스플레이 장치로는 예를 들어, TN(꼬인 네마틱), HTN(매우 꼬인 네마틱) 또는 STN(과도하게 꼬인 네마틱) 모드 디스플레이, AMD-TN(활성 매트릭스 유도된 TN) 디스플레이, IPS(면상 스위칭) 모드 디스플레이, DAP(정렬된 상의 변형) 또는 VA(수직 정렬된) 모드 디스플레이, 예컨대 ECB(전기적으로 제어되는 복굴절), CSH(색 수퍼 호메오트로픽), VAN 또는 VAC(수직 정렬된 네마틱 또는 콜레스테릭) 디스플레이, MVA(멀티-도메인 수직 정렬된) 디스플레이, 굽힘 모드 디스플레이 또는 혼성형 디스플레이, 예컨대 OCB(광학적으로 보상된 굽힘 셀 또는 광학적으로 보상된 복 굴절), R-OCB(반사형 OCB), HAN(혼성 정렬된 네마틱) 또는 파이-셀 디스플레이 또는 유기 발광 다이오드 (OLED) 등을 예시할 수 있다.
본 출원의 상기 편광 소자 또는 광학 부재는 특히 유기 발광 다이오드 또는 액정 표시 장치의 반사 방지 특성을 향상시킨다는 측면에서 유용하게 사용할 수 있다. 또한, 본 출원의 상기 편광 소자 또는 광학 부재는 내열성 및 내광성이 우수하며, 외력에 의한 변형이 적으므로, 폴더블 디스플레이 또는 차량용 디스플레이에도 유용하게 사용될 수 있다.
본 출원의 상기 편광 소자 또는 광학 부재는 종래의 디스플레이 장치의 편광판 자리에 사용되는 점을 제외하고 유기 발광 다이오드 (OLED), 액정 표시 장치(LCD) 등 디스플레이 장치의 다른 구성들은 종래 일반적인 구성을 그대로 채택할 수 있다.
하나의 구체적인 예로, 본 출원은 상기 광학 부재 및 유기발광다이오드 패널을 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다. 상기 디스플레이 장치에서 상기 광학 부재의 위상차 층은 사분 파장 필름일 수 있다. 상기 사분 파장 필름은 예를 들어 무색성 사분 파장 필름(Achromatic Quarter Wave Film)일 수 있다.
상기 무색성 사분 파장 필름의 광축과 상기 편광층의 투과축은 40도 내지 50도, 구체적으로 45도를 이룰 수 있다. 상기 광학 부재의 상기 위상차 층은 상기 편광 소자에 비하여 유기발광다이오드 패널에 인접하여 배치될 수 있다. 도 7은 유기발광다이오드 패널(50), 위상차 층(40), 편광층(10), 고굴절층(20) 및 기재 필름(30)을 순차로 포함하는 디스플레이 장치를 예시적으로 나타낸다. 상기에서 편광층 및 고굴절층의 순서는 바뀔 수 있다.
상기 유기발광다이오드 패널은 일반적으로 음극, 유기발광층 및 양극을 순차로 포함할 수 있다. 상기 음극 및 양극 중 어느 하나의 전극은 투명 전극이고 다른 하나의 전극은 반사 전극일 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 음극이 반사 전극일 수 있고, 상기 양극은 투명 전극일 수 있다.
반사 전극으로는 유기발광다이오드 패널에 사용되는 공지의 금속 전극을 사용할 수 있다. 반사 전극으로는, 예를 들면, 은, 금, 알루미늄 또는 이들의 합금과 같은 금속 박막을 사용할 수 있다. 이외에도 반사 전극을 형성할 수 있는 다양한 소재 및 형성 방법이 공지되어 있고, 이를 제한없이 적용할 수 있다.
상기 금속 물질은 반사율이 높으므로 야외의 햇빛을 그대로 반사시키기 때문에 화면을 정확하게 보기 어렵게 만든다는 문제점이 있다. 상기 유기발광다이오드 패널에 상기 광학 부재를 적용하는 경우 반사를 저감하여 야외 시인성을 개선할 수 있다.
구체적으로, 상기 디스플레이 장치에서 비편광의 외부 광원이 상기 편광 소자를 거친 후 한 방향으로만 진동하는 선 편광이 되고, 상기 선 편광은 상기 사분 파장 필름을 지나면서 원 편광이 되며, 이 원 편광이 유기발광다이오드 패널의 금속 전극을 만나 반사된 후 다시 상기 사분 파장 필름을 통과한 후에는 처음 편광 소자를 통과한 선 편광과는 진동 방향이 다른 선 편광이 되도록 하여 편광 소자를 통과하지 못하도록 함으로써 반사를 저감시킬 수 있다. 본 출원의 편광 소자를 사용하는 경우, 선 편광을 투과하는 기능뿐만 아니라 상기 고굴절층에 의한 반사 저감 효과도 있으므로, 상기 디스플레이 장치의 반사 저감 효과를 극대화 시킬 수 있다.
본 출원은 반사를 저감한 리오트로픽 액정을 이용한 편광 소자 및 이의 용도를 제공한다. 상기 편광 소자는 코팅 방식으로 간단하게 제조할 수 있으며, 구조의 단순화를 통한 소자의 박형화가 가능하다는 장점이 있다. 또한, 상기 편광 소자는 내열성 및 내광성이 우수하며 외력에 의한 변형이 적다는 장점이 있다. 상기 편광 소자는 디스플레이 장치의 반사 저감을 위하여 사용될 수 있고, 특히 폴더블 디스플레이 장치 또는 차량용 디스플레이 장치에 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 본 출원의 편광 소자의 모식도이다.
도 2는 리오트로픽 액정(이색성 염료) 배열을 예시적으로 나타낸다.
도 3은 본 출원의 편광 소자의 모식도이다.
도 4는 본 출원의 편광 소자의 모식도이다.
도 5는 본 출원의 광학 부재의 모식도이다.
도 6는 본 출원의 광학 부재의 모식도이다.
도 7은 본 출원의 디스플레이 장치의 모식도이다.
도 8은 비교예 1의 파장에 따른 정상 굴절률 및 이상 굴절률을 나타낸다.
도 9는 고굴절층의 굴절율에 따른 반사율 그래프이다.
도 10은 고굴절층의 두께에 따른 반사율 그래프이다.
이하 실시예를 통하여 본 출원의 편광 소자, 광학 부재 및 표시 장치를 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
코로나 처리한 기재 필름(TAC, 두께: 60㎛)을 준비하였다. 상기 기재 필름 상에 고굴절 조성물(고굴절 입자로서 TiOx를 용매 PGMEA(Propylene Glycol Mnomethyl Ether Acetate)에 5%의 고형분 농도로)을 25℃에서 50 nm (오차:
Figure pat00003
10 nm)두께로 코팅하고, 80℃ 오븐에서 2분간 건조한 후, 1500 mJ의 자외선을 조사하여 경화함으로써 고굴절층을 형성하였다. 상기 고굴절층 상에 리오트로픽 액정 조성물(ILQB-LB 시리즈, Mitsubishi Chemical)을 25℃에서 1㎛ (오차:
Figure pat00004
0.5㎛ 두께로 코팅 후, 80℃ 오븐에서 2분간 건조함으로써 편광층을 형성함으로써 도 3의 구조의 편광 소자를 제작하였다.
이때 상기 고굴절층의 두께를 50nm로 고정한 상태에서, 굴절률을 1.4 내지 2.0 범위 내에서 변화시키면서 편광 소자를 제조하였다. 또한, 상기 고굴절층의 굴절률을 1.7로 고정한 상태에서 두께를 0nm 내지 100nm 범위 내에서 변화시키면서 편광 소자를 제조하였다.
상기 고굴절층의 굴절률 및 두께는 고굴절 입자의 고형분 농도를 조절함으로써 변화시킬 수 있으며, 고굴절층의 굴절률은 고굴절 입자의 고형분 농도가 높을수록 높아지고, 고굴절층의 두께는 고굴절 입자의 고형분 농도가 높을수록 두꺼워진다.
상기 고굴절층의 굴절율은 새론사의 Prism coupler를 이용하여 제조사의 매뉴얼에 따라 약 25℃에서 550 nm의 파장에 대한 굴절률을 측정하였다. 상기 고굴절층의 두께는 Film Metrics사의 F20 장비를 이용하여 제조사의 매뉴얼에 따라 약 25℃에서 두께를 측정하였다.
실시예 2
기재 필름 상에 리오트로픽 액정 조성물을 먼저 코팅하고, 고굴절 조성물을 코팅한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 도 4의 구조의 편광 소자를 제조하였다.
비교예 1
고굴절층을 형성하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 편광 소자를 제조하였다. 비교예 1의 구조의 편광 소자에 대하여 측정한 정상 굴절율 및 이상 굴절율 도 8에 나타내었다. 도 8에서 적색 그래프는 정상 굴절률 그래프를 나타내고, 청색 그래프는 이상 굴절률 그래프를 나타낸다.
평가예 1 - 반사율 평가
실시예 1 및 비교예 1의 편광 소자의 일면에 흑색 테이프를 부착한 후 미놀타 portable 반사측정(Spectrophotometer CM-2600d) 장치를 이용하여, 반사 방식으로, 360nm 내지 740nm 파장의 광에 대한 반사율을 측정하고 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다. 실험예 1은 비교예 1의 편광 소자의 편광층에 흑색 테이프를 부착한 구조이고, 실험예 2는 비교예 1의 편광 소자의 기재 필름에 흑색 테이프를 부착한 구조이다. 실험예 3은 실시예 1의 편광 소자의 편광층에 흑색 테이프를 부착한 구조이고, 실험예 4는 실시예 2의 편광 소자의 기재 필름 측에 흑색 테이프를 부착한 구조이다. 도 9는 실험예 3 내지 4 구조의 고굴절층의 굴절율에 따른 반사율 그래프이다. 도 10은 실험예 3 내지 4 구조의 고굴절층의 두께에 따른 반사율 그래프이다.
반사율(%) 고굴절층
실험예 1 7.5 ~ 8 없음
실험예 2 10 없음
두께 (nm) 굴절율
실험예 3 ≤7 30 ~ 65 1.4 ~ 2.0
실험예 4 ≤7 30 ~ 65 1.4 ~ 2.0
10: 편광층
20: 고굴절층
30: 기재 필름
40; 위상차 층
50: 유기발광다이오드 패널
101: 이색성 염료
C: 코팅 방향
A: 정렬 방향
T: 투과축
nx 및 ny: 편광층의 면 방향에서 서로 직교하는 임의의 방향

Claims (20)

  1. 리오트로픽 액정을 형성하는 이색성 염료를 포함하는 편광층; 및
    550nm 파장의 광에 대한 굴절률이 1.4 내지 2.0인 고굴절층을 포함하는 편광 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이색성 염료의 최대 흡수 파장은 300nm 내지 800nm인 편광 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광층은 굴절률 이방성을 가지고, 상기 고굴절층은 굴절률 등방성을 가지는 편광 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 이색성 염료는 염료 발색단 코어 및 염 형태의 잔기를 포함하고, 일 방향으로 정렬되어 칼럼 구조를 형성하고 있는 편광 소자.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 편광층은 칼럼 구조의 장축 방향과 평행하는 투과축을 가지는 편광 소자.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 편광층은 상기 투과축과 수직을 이루는 흡수축을 가지는 편광 소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광층의 550nm 파장에 대한 이상 굴절률은 1.4 내지 1.8이며, 400nm 내지 800nm 파장 범위 내에서 파장에 따른 굴절률의 편차가 0.2 이하인 편광 소자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광층의 550nm 파장에 대한 정상 굴절률은 1 내지 3이며, 400nm 내지 800nm 파장 범위 내에서 파장에 따른 굴절률의 편차가 1 이상인 편광 소자.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광층은 상기 이방성 염료를 포함하는 리오트로픽 액정 조성물의 코팅층인 편광 소자.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 고굴절층의 두께는 30nm 내지 70nm인 편광 소자.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 고굴절층은 금속 산화물을 포함하는 편광 소자.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 금속 산화물은 ITO(Indume tin oxide), TiO2 또는 SiO2를 포함하는 편광 소자.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 고굴절층은 금속 산화물을 포함하는 고굴절 조성물의 코팅층인 편광 소자.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 고굴절층은 상기 편광층의 일면에 직접 형성된 편광 소자.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광 소자는 기재 필름을 더 포함하고, 상기 기재 필름의 일면에 상기 편광층 또는 고굴절층이 직접 형성된 편광 소자.
  16. 제 1항의 편광 소자 및 위상차 층을 포함하는 광학 부재.
  17. 제 16 항의 광학 부재 및 유기발광다이오드 패널을 포함하는 디스플레이 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 위상차 층은 무색성 사분 파장 필름(Achromatic Quarter Wave Film)인 디스플레이 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 무색성 사분 파장 필름의 광축과 상기 편광층의 투과축은 40도 내지 50도를 이루는 디스플레이 장치.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 광학 부재의 상기 위상차 층이 상기 편광 소자에 비하여 유기발광다이오드 패널에 인접하여 배치된 디스플레이 장치.
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