KR20180094766A - 광학필름, 이를 포함하는 디스플레이 소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치 - Google Patents
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Abstract
방향족 비닐계 단량체; 산 무수물계 단량체; 및 상기 방향족 비닐계 단량체 또는 상기 산 무수물계 단량체와 공중합 가능한 공단량체로부터 유래되는 광학필름이고, 상기 광학필름은 식 1의 면내 위상차가 15nm 이하, 식 2의 두께 방향 위상차가 -150nm 내지 -10nm, 유리전이온도가 110℃ 내지 150℃, 전광선 투과율이 90% 이상인 광학필름, 이를 포함하는 디스플레이 소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치가 제공된다.
Description
본 발명은 광학필름, 이를 포함하는 디스플레이 소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
근래 광학기술의 발전을 발판으로 종래의 브라운관을 대체하는 플라즈마 디스플레이 패널(plasma display panel, PDP), 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD) 등 여러 가지 방식을 이용한 디스플레이 기술이 제안 및 시판되고 있다. 이러한 디스플레이를 위한 폴리머 소재는 그 요구 특성이 한층 더 고도화하고 있다. 예를 들면, 액정 디스플레이의 경우 박막화, 경량화, 화면면적의 대형화가 추진되면서 광 시야각화, 고 콘트라스트화, 시야각에 따른 화상 색조 변화의 억제 및 화면표시의 균일화가 특히 중요한 문제가 되었다.
이에 따라 편광 필름, 위상차 필름, 플라스틱 기판, 도광판 등에 여러 가지의 폴리머 필름이 사용되고 있으며, 액정은 트위스티드 네메틱(twisted nematic, TN), 슈퍼 트위스티드 네메틱(super twisted nematic, STN), VA(vertical alignment), IPS(in-plane switching) 액정 셀 등을 이용한 다양한 모드의 액정 표시 장치가 개발되고 있다. 이들 액정 셀은 모두 고유한 액정 배열을 하고 있어, 고유한 광학 이방성을 갖고 있으며, 이 광학 이방성을 보상하기 위하여 다양한 종류의 폴리머를 연장하여 위상차 기능을 부여한 필름이 제안되어 왔다.
예를 들면, 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 수지를 이용한 예로서 일본 특허 특개평 9-304619 공보를 들 수 있다. 그러나, 이와 같이 폴리카보네이트 수지를 연장하는 경우, 위상차 필름으로서 충분한 위상차 기능의 부여는 가능하지만 연장 정도에 따라 위상차 변화율이 크고, 보다 균일하게 안정한 위상차를 갖는 필름을 제조하기 어려운 문제점이 있다.
이와 같은 문제를 해결하는 방법으로서 환상 폴리올레핀 수지(cyclic olefin polymer, COP)를 이용한 방법이 제안되어 있다(일본 특허 특개 2001-350017 공보, 특개 2004-51928 공보). 그러나, 환상 폴리올레핀 수지는 다른 필름 등의 기재와의 접착성이 떨어지는 문제점이 있고, 연장에 따른 위상차 변화율이 작아 위상차 필름으로서 충분한 위상차가 발생하지 않는 문제점이 있다.
아크릴 필름의 문제는 아크릴의 고유특성인 내굴곡강도(brittle)가 부족하여 고무 등 첨가제를 적용하게 되며 원가상승, 헤이즈 상승 등 단점이 있다.
본 발명의 배경기술은 한국공개특허 제2015-0113886호 등에 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 면내 위상차와 두께 방향 위상차가 소정의 범위를 만족하고, 내열성, 광학적 투명성이 우수한 광학필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 일면에 액정층 형성이 용이한 광학필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 파단신율이 높아서 공정상 파단 발생을 줄이고, 제품의 내충격성 개선 효과가 있는 광학필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 안정적으로 면내 위상차와 두께 방향 위상차 구현이 가능하고 필름의 강도가 우수한 광학필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 헤이즈가 낮고 파단 신율이 높으며 커팅 공정에서 깨짐이 발생하지 않는 광학필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 본 발명의 광학필름을 포함하는 디스플레이 소자 및 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 광학필름은 방향족 비닐계 단량체; 산 무수물계 단량체; 및 상기 방향족 비닐계 단량체 또는 상기 산 무수물계 단량체와 공중합 가능한 공단량체로부터 유래되는 광학필름이고, 상기 광학필름은 하기 식 1의 면내 위상차가 15nm 이하, 하기 식 2의 두께 방향 위상차가 -150nm 내지 -10nm, 유리전이온도가 110℃ 내지 150℃, 전광선 투과율이 90% 이상이 될 수 있다:
<식 1>
Re = (nx - ny) x d
(상기 식 1에서, nx, ny는 파장 550nm에서 각각 광학필름의 지상축 방향, 진상축 방향의 굴절률이고, d는 광학필름의 두께(단위:nm)이다).
<식 2>
Rth = ((nx + ny)/2 - nz) x d
(상기 식 2에서, nx, ny, nz는 파장 550nm에서 각각 광학필름의 지상축 방향, 진상축 방향, 두께 방향의 굴절률이고, d는 광학필름의 두께(단위:nm)이다).
본 발명의 디스플레이 소자는 본 발명의 광학필름을 포함할 수 있다.
본 발명의 디스플레이 장치는 본 발명의 광학필름 또는 디스플레이 소자를 포함할 수 있다.
본 발명은 면내 위상차와 두께 방향 위상차가 소정의 범위를 만족하고 내열성, 광학적 투명성이 우수한 광학필름을 제공하였다.
본 발명은 일면에 액정층 형성이 용이한 광학필름을 제공하였다.
본 발명은 파단신율이 높아서 공정상 파단발생을 줄이고, 제품의 내충격성 개선 효과가 있는 광학필름을 제공하였다.
본 발명은 헤이즈가 낮고 파단 신율이 높으며 커팅 공정에서 깨짐이 발생하지 않는 광학필름을 제공하였다.
본 발명은 안정적으로 면내 위상차와 두께 방향 위상차 구현이 가능하고 필름의 강도가 우수한 광학필름을 제공하였다.
본 발명은 액정층과 함께 반사방지필름 용도로 사용될 수 있는 광학필름을 제공하였다.
본 발명은 종래 무 위상차 광학필름에 위상차를 갖는 액정층을 2층 형성하여 반사방지필름을 제조하였으나, 광학필름에 위상차를 부여함으로써 광학필름과 액정층 1층의 적층으로도 반사방지필름을 제조할 수 있도록 함으로써 반사방지필름 제조 공정을 최소화하고 원가 절감을 가능하게 하였다.
본 발명은 본 발명의 광학필름을 포함하는 디스플레이 소자 및 디스플레이 장치를 제공하였다.
첨부한 실시예에 의하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.
본 명세서에서 "면내 위상차(Re)"는 하기 식 1로 표시되고, "두께 방향 위상차(Rth)"는 하기 식 2로 표시되고, "이축성 정도(NZ)"는 하기 식 3으로 표시될 수 있다:
<식 1>
Re = (nx - ny) x d
(상기 식 1에서, nx, ny는 파장 550nm에서 각각 광학필름의 지상축 방향, 진상축 방향의 굴절률이고, d는 광학필름의 두께(단위:nm)이다).
<식 2>
Rth = ((nx + ny)/2 - nz) x d
(상기 식 2에서, nx, ny, nz는 파장 550nm에서 각각 광학필름의 지상축 방향, 진상축 방향, 두께 방향의 굴절률이고, d는 광학필름의 두께(단위:nm)이다).
<식 3>
NZ = (nx - nz)/(nx - ny)
(상기 식 3에서, nx, ny, nz는 파장 550nm에서 각각 광학필름의 지상축 방향, 진상축 방향, 두께 방향의 굴절률이다).
본 명세서에서 "전광선 투과율"은 ASTM D 1003에 의해 가시광선 영역에서 측정된 값이다.
본 명세서에서 "(메트)아크릴"은 아크릴 및/또는 메타아크릴을 의미한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학필름에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학필름은 굴절률 분포가 nz>nx≥ny 또는 nz>ny≥nx 를 만족하는 양의 1축성 광학 소자의 광학보상필름이 될 수 있다. 상기 "nx≥ny"와 "ny≥nx"에서 "nx=ny"는 nx와 ny가 완전히 동일한 경우뿐만 아니라 nx와 ny가 실질적으로 동일한 경우도 포함한다. 상기 "nx와 ny가 실질적으로 동일한 경우"는 광학필름의 면내 위상차가 15nm 이하인 경우를 포함한다.
본 발명의 일 실시예의 광학필름은 면내 위상차가 15nm 이하, 두께 방향 위상차가 -150nm 내지 -10nm, 유리전이온도가 110℃ 내지 150℃, 전광선 투과율이 90% 이상이 될 수 있다. 상기 범위에서, 광학필름은 소정 범위의 면내 위상차 및 두께 방향 위상차를 갖는 액정층에 적층되어 목표로 하는 면내 위상차와 두께 방향 위상차를 나타낼 수 있고, 내열성이 좋을 수 있고, 광학적으로 투명하여 디스플레이 소자에 사용될 수 있다.
일 구체예에서, 광학필름은 면내 위상차가 15nm 미만, 5nm 이하 구체적으로 0nm 내지 5nm, 0nm 내지 3nm, 두께 방향 위상차가 -130nm 내지 -50nm, -120nm 내지 -70nm, 유리전이온도가 110℃ 내지 130℃, 전광선 투과율이 90% 내지 100%가 될 수 있다. 본 발명은 상기 면내 위상차, 두께 방향 위상차, 유리전이온도 및 전광선 투과율을 동시에 만족시키며, 추가로 일면에 액정층 형성을 위한 배향막 형성이 용이한 광학필름을 특징으로 한다.
광학필름은 음의 복굴절 수지를 적용한 광학필름으로서, 상술한 면내 위상차, 두께 방향 위상차, 유리전이온도 및 전광선 투과율을 동시에 만족하고, 일면에 배향막을 형성하여 액정층 형성을 용이하게 하기 위하여, 방향족 비닐계 단량체 5중량% 내지 25중량%, 산 무수물계 단량체 5중량% 내지 20중량%, 상기 방향족 비닐계 단량체 또는 상기 산 무수물계 단량체와 공중합체 가능한 공단량체 60중량% 내지 80중량%로부터 형성될 수 있다.
방향족 비닐계 단량체는 방향족 비닐계 단량체, 산 무수물계 단량체 및 공단량체의 총합 중 5중량% 내지 25중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 광학필름의 면내 위상차 및 두께 방향 위상차를 동시에 만족할 수 있고, 내열성 향상(Tg), 필름 연신시 파단신율을 높여 파단이 없을 수 있다. 바람직하게는 방향족 비닐계 단량체는 10중량% 내지 25중량%, 15중량% 내지 25중량%로 포함될 수 있다.
산 무수물계 단량체는 방향족 비닐계 단량체, 산 무수물계 단량체 및 공단량체의 총합 중 5중량% 내지 20중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 광학필름의 두께 방향 위상차가 나올 수 있고, 광학필름의 내열성이 좋고, 필름의 브리틀(brittle) 현상이 없으며, 광학필름 내 단량체 간의 혼용성이 좋아서 전광선 투과율이 좋으며, 필름 연신시 파단신율을 높여 파단이 없을 수 있다. 바람직하게는 산 무수물계 단량체는 5중량% 내지 10중량%로 포함될 수 있다.
공단량체는 방향족 비닐계 단량체, 산 무수물계 단량체 및 공단량체의 총합 중 60중량% 내지 80중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 필름 연신시 파단이 없고 brittle성 개선, 연신 배율이 조정이 가능한 필름제작 안정적인 위상차 범위 조절, 투과율 증가 효과가 있을 수 있다. 바람직하게는 공단량체는 65중량% 내지 80중량%, 65중량% 내지 75중량%로 포함될 수 있다.
방향족 비닐계 단량체는 방향족기에 1개 이상의 비닐기가 결합된 단량체로서 상기 "방향족기"는 비치환된 벤젠 고리 또는 벤젠 고리에 1개 이상의 C1 내지 C5의 알킬기 또는 할로겐이 치환된 벤젠 고리를 의미한다. 구체적으로, 방향족 비닐계 단량체는 스티렌, 알파-스티렌, 파라-스티렌 또는 메타-스티렌, 비닐톨루엔 등이 될 수 있고, 바람직하게는 스티렌이 될 수 있다.
산 무수물계 단량체는 다가 카르복실산의 무수물 또는 그의 유도체를 포함할 수 있다. 예를 들면 산 무수물계 단량체는 하기 화학식 1로 표시될 수 있다. 바람직하게는, 산 무수물계 단량체는 말레산 무수물이 될 수 있다.
<화학식1>
(상기 화학식 1에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로, 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기이다).
공단량체는 치환 또는 비치환된 알킬 (메트)아크릴레이트계 단량체, 치환 또는 비치환된 지환족기를 갖는 단량체, 하기 화학식 2의 단량체 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
<화학식 2>
(상기 화학식 2에서, R1은 수소 원자 또는 메틸기이며;
R4 및 R5는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 직쇄상 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 분지상 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 직쇄상 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 분지상 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 사이클로 알콕시기, 할로겐 원자, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 10의 아릴기이며;
m은 1 내지 10의 정수이며; p는 0 내지 4의 정수이며; q는 0 내지 5의 정수이고,
X는 단일 결합, -C(R2)(R3)-, -C(=O)-, -O-, -OC(=O)-, -OC(=O)O-, -S-, -SO-, 및 -SO2- 으로 이루어진 군으로부터 선택되는 2가의 기이다(여기서, R2 및 R3은, 각각 독립적으로, 수소 원자, 탄소수 1 내지 10의 직쇄상 알킬기, 탄소수 3 내지 10의 분지상 알킬기, 탄소수 3 내지 10의 사이클로알킬기, 탄소수 1 내지 10의 직쇄상 알콕시기, 탄소수 3 내지 10의 분지상 알콕시기, 탄소수 3 내지 10의 사이클로알콕시기, 또는 탄소수 6 내지 10의 아릴기이며; R2 및 R3은, 상호 연결되어, 이들이 결합하는 탄소 원자와 함께 탄소수 3 내지 10의 사이클로알킬기를 형성할 수도 있다).
알킬 (메트)아크릴레이트계 단량체는 치환 또는 비치환되고 알킬기의 탄소수가 1 내지 10 바람직하게는 탄소수가 1 내지 4인 알킬기를 갖는 (메트)아크릴산 알킬 에스테르를 포함할 수 있다. 치환 또는 비치환된 지환족기를 갖는 단량체는 치환 또는 비치환되고 탄소수가 5 내지 20의 지환족기를 갖는 (메트)아크릴산 에스테르 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
구체적으로, 공단량체는 메틸(메트)아크릴레이트, 에틸(메트)아크릴레이트, n-프로필(메트)아크릴레이트, 이소프로필(메트)아크릴레이트, n-부틸(메트)아크릴레이트, 이소부틸(메트)아크릴레이트, t-부틸(메트)아크릴레이트, 시클로헥실 (메트)아크릴레이트, 이소보닐(메트) 아크릴레이트, 히드록시메틸(메트)아크릴레이트 및 히드록시에틸(메트)아크릴레이트 등을 들 수 있다. 바람직하게는 공단량체는 알킬기를 갖는 (메트)아크릴계 단량체, 더 바람직하게는 메틸메타아크릴레이트를 포함할 수 있다.
상기 치환 또는 비치환된에서 "치환"은 해당 작용기 중 하나 이상의 수소 원자가 수산기, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 3 내지 10의 시클로알킬기, 탄소수 6 내지 10의 아릴기 또는 탄소수 7 내지 10의 아릴알킬기로 치환된 것을 의미한다.
일 구체예에서, 광학필름은 메틸메타아크릴레이트 60중량% 내지 80중량% 스티렌 10중량% 내지 25중량%, 말레산 무수물 5중량% 내지 20중량%로 형성된 3원 공중합체 필름일 수 있다. 바람직하게는, 메틸메타아크릴레이트 65중량% 내지 80중량%, 스티렌 15중량% 내지 25중량%, 말레산 무수물 5중량% 내지 10중량%로 형성된 3원 공중합체 필름일 수 있다. 상기 범위에서, 광학 특성 중 투과율이 우수하고, 헤이즈가 낮으며, 목표 위상차값(면내 위상차와 두께 방향 위상차)을 가지며, 내열성도 우수하고, 연신 배율 조정이 용이한 효과가 더 있을 수 있다.
이에 더하여, 광학필름에 있어서, 방향족 비닐계 단량체는 산 무수물계 단량체 대비 과량으로 포함될 수 있다. 그러한 경우, 광학필름의 헤이즈가 상승하지 않고, 목표 위상차(두께 방향 위상차)에 도달할 수 있고, 필름의 brittle성이 개선될 수 있다.
이에 더하여, 광학필름은 이축성 정도가 -30 이상, 바람직하게는 -30 이상 -5 이하가 될 수 있다.
이에 더하여, 광학필름은 굴절률이 1.40 내지 1.60, 구체적으로 1.48 내지 1.56, 바람직하게는 1.50 내지 1.52가 될 수 있다. 상기 범위에서, 광학필름에 액정층 적층시 투과율이 높아서 디스플레이 소자로 사용될 수 있고 예를 들면 디스플레이 소자로서 반사방지필름으로 사용될 수 있다.
이에 더하여, 광학필름은 헤이즈가 5% 이하, 바람직하게는 2% 이하, 더 바람직하게는 1% 이하가 될 수 있다. 상기 범위에서, 광학필름으로 사용될 수 있다.
이에 더하여, 광학필름은 파단 신율이 5% 이상, 예를 들면 5% 내지 10%가 될 수 있다. 상기 범위에서, 필름 연신시 파단이 없고 굴곡성이 좋을 수 있다.
광학필름은 두께가 5㎛ 내지 200㎛, 바람직하게는 10㎛ 내지 100㎛, 더 바람직하게는 25㎛ 내지 50㎛가 될 수 있다. 상기 범위에서, 광학필름으로 사용될 수 있다.
광학필름은 방향족 비닐계 단량체, 산 무수물계 단량체 및 공단량체로부터 유래된 단위 이외에, 통상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 첨가제는 산화방지제, 자외선흡수제, 가소제, 열안정제, 대전방지제, 난연제, 대전방지제, 상용화제, 가교제 증점제, 레벨링제, 소포제, 부식방지제, 안료 중 하나 이상을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 첨가제는 광학필름 중 20중량% 이하, 바람직하게는 5중량% 이하, 더 바람직하게는 3중량% 이하로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 광학필름의 물성에 영향을 주지 않으면서 첨가제 효과를 낼 수 있다.
일 실시예에서 광학필름은 방향족 비닐계 단량체 10중량% 내지 25중량%, 산 무수물계 단량체 5중량% 내지 20중량%, 및 공단량체 60중량% 내지 80중량%를 포함하는 단량체 혼합물로부터 중합된 공중합체를 필름으로 성형하고 연신하여 제조될 수 있다. 바람직하게는 상기 공중합체는 방향족 비닐계 단량체, 산 무수물계 단량체 및 공단량체의 3원 공중합체로서, 호모(homo), 교호(alternate) 또는 블록(block) 공중합체를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서 광학필름은 방향족 비닐계 단량체 30중량% 내지 70중량%, 산 무수물계 단량체 5중량% 내지 30중량% 및 공단량체 10중량% 내지 50중량%를 포함하는 단량체 혼합물로부터 중합된 방향족 비닐계 단량체, 산 무수물계 단량체 및 공단량체의 3원 공중합체(이하, 공중합체 A) 및 공단량체로만 중합된 호모 공중합체(이하, 공중합체 B)를 블렌딩(blending)한 후 필름으로 성형하고 연신하여 제조될 수 있다. 이 때, 상기 공중합체 A를 위한 단량체 혼합물과 상기 공중합체 B를 위한 단량체 전체는 공단량체 60중량% 내지 80중량%, 방향족 비닐계 단량체 10중량% 내지 25중량%, 및 산 무수물계 단량체 5중량% 내지 20중량%를 포함할 수 있다. 상기와 같이 공중합체 A와 공중합체 B를 블렌딩하는 경우, 제조 공정 중 컴파운딩(compounding) 공정을 제외 가능하여 비용 절감 효과가 크고, 광학 필름의 광학 균일성이 우수할 수 있다. 바람직하게는, 공중합체 A는 공단량체 20중량% 내지 40중량%, 방향족 비닐계 단량체 40중량% 내지 60중량%, 및 산 무수물계 단량체 5중량% 내지 20중량%를 포함하는 단량체 혼합물로부터 중합된 공단량체, 방향족 비닐계 단량체 및 산 무수물계 단량체의 3원 공중합체일 수 있다.
공중합체 A와 공중합체 B의 총합 100중량부 중 공중합체 A:공중합체 B는 20:80 내지 50:50의 중량 비율로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 광학 특성이 우수하고 brittle성이 개선되고, 목표 위상차 조정이 수월한 효과가 있을 수 있다. 바람직하게는 공중합체 A:공중합체 B는 25:75 내지 45:55의 중량 비율, 30:70 내지 50:50의 중량 비율로 포함될 수 있다.
중합은 당업자에게 알려진 통상의 방법에 의하거나 상업적으로 판매되는 제품을 사용할 수 있다. 예를 들면, 중합은 단량체 혼합물의 현탁 중합, 용액 중합, 계면 중합 등에 의해 수행될 수 있다.
필름 성형은 공중합체의 조성 및 종류, 성형 가공 법에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 압출 성형법이 사용되는 경우, 예를 들면 200℃ 내지 400℃에서 가열 용융한 공중합체를 시트 형성으로 토출하고, 이것을 인취 롤(냉각 드럼) 등을 이용하여 고온에서 저온으로 서서히 냉각시키는 방법이 선택될 수 있다. 솔벤트캐스팅 방식으로도 제작할 수 있습니다.
연신은 임의의 적절한 연신 방법이 채용될 수 있다. 구체예로서는, 종 1축 연신, 횡 1축 연신, 종횡 동시 2축 연신, 종횡 축차 2축 연신 등을 들 수 있다. 이때 "종"은 필름의 MD(machine direction), "횡"은 필름의 TD(transverse direction)을 의미한다. 연신 수단은 롤 연신기, 텐더 연신기, 2축 연신기 등이 채용될 수 있다. 가열 연신시 연신 온도는 (필름의 유리전이온도 + 10℃) 내지 (필름의 유리전이온도 + 20℃)에서 수행될 수 있다. 연신은 1회로 수행될 수도 있고, 2회 이상의 다단 연신으로 수행될 수도 있다. 가열 연신시 완화 공정을 거칠 수도 있다. 바람직하게는 필름을 종횡 동시 2축 연신 또는 종횡 축차 2축 연신하여 연신할 수 있다. 2축 연신일 경우 MD 연신 비율: TD 연신 비율은 1:0.5 내지 1:3, 예를 들면 1:1 내지 1:3이 될 수 있다. 상기 범위에서, 본 발명의 광학필름의 유리전이온도와 전광선 투과율을 만족하면서 면내 위상차, 두께 방향 위상차를 동시에 만족할 수 있다. MD 연신 배율은 1.5배 내지 6.0배, 바람직하게는 2.5배 내지 5.0배가 될 수 있고, TD 연신 배율은 1.5배 내지 6.0배, 바람직하게는 2.5배 내지 5.0배가 될 수 있다. 연신 시의 필름의 전송 속도는 특별히 제한은 없지만, 연신 장치의 기계 정밀도, 안정성 등에서 바람직하게는 50mm/분 내지 300mm/분의 속도가 될 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학필름을 설명한다.
본 실시예에 따른 광학필름은 봉상(rod-shaped)의 나노입자를 더 포함하는 점을 제외하고는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학필름과 실질적으로 동일하다.
광학필름은 상기에서 상술한 바와 같이 방향족 비닐계 단량체, 산 무수물계 단량체 및 공단량체의 중합으로 형성된 필름을 연신시켜 제조될 수 있다. 봉상의 나노입자는 가늘고 긴 막대 모양의 나노입자로서 장축과 단축을 갖는 나노입자를 의미한다. 봉상의 나노입자는 두께 방향 굴절률이 면방향 대비 높아서 봉상의 나노입자를 필름에 포함시킨 후 연신하였을 때 봉상의 나노 입자들이 연신 방향으로 배열됨으로써 두께 방향의 굴절률이 높아져 본 발명의 위상차를 안정적으로 구현할 수 있고 필름의 강도를 높일 수 있다. 봉상의 나노입자는 장축 방향의 굴절률: 단축 방향의 굴절률의 굴절률 비가 1:1.2 내지 1:1.7이 될 수 있다. 상기 범위에서, 필름 연신시 본 발명의 위상차를 나타낼 수 있다.
봉상의 나노입자는 길이 종횡비는 1.5:1 내지 3:1, 바람직하게는 2:1내지 3:1이 될 수 있다. 상기 범위에서, 필름 연신시 본 발명의 위상차를 나타낼 수 있고, 필름의 전광선 투과율을 높일 수 있으며, 수지와 혼합시 파쇄되지 않을 수 있다. 상기 종횡비는 봉상의 나노입자의 단축 즉 단면의 직경에 대한 봉상의 나노입자의 장축 즉 길이의 비를 의미한다.
봉상의 나노입자는 단축이 5nm 내지 50nm, 바람직하게는 10nm 내지 30nm가 될 수 있고, 장축이 30nm 내지 150㎛가 될 수 있다. 상기 범위에서, 필름에 강도를 높일 수 있고, 원하는 복굴절성을 낼 수 있다.
봉상의 나노입자는 음의 광학 이방성을 나타내는 것으로 예를 들면 탄산스트론튬(SrCO3), 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 탄산지르코늄, 탄산코발트, 탄산망간 중 하나 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 본 발명의 방향족 비닐계 단량체, 산 무수물계 단량체 및 공단량체에 대해서는 탄산스트론튬을 사용할 수 있다. 봉상의 나노입자는 표면 처리되지 않은 것을 사용할 수도 있으나 티타늄계 등의 티타네이트 화합물로 표면 처리된 것을 사용할 수도 있다.
봉상의 나노입자는 광학필름 중 1중량% 내지 15중량%, 바람직하게는 2중량% 내지 10중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 광학 필름의 두께 방향의 굴절율을 높혀 본 발명 필름의 효과를 낼 수 있다.
광학필름은 상술한 첨가제를 더 포함할 수 있다.
광학필름은 방향족 비닐계 단량체, 산 무수물계 단량체 및 공단량체의 중합체와 봉상의 나노입자를 혼합한 후 상기 상술한 방법에 의해 연신하여 제조될 수 있다. 바람직하게는 이축 연신으로 MD 3배, TD 3배로 연신하여 제조될 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
이하, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학필름을 설명한다.
본 실시예에 따른 광학필름은 충격 보강제를 더 포함할 수 있다.
광학필름은 충격 보강제를 포함함으로써 상술한 면내 위상차, 두께 방향 위상차, 유리전이온도 및 전광선 투과율을 확보하면서 동시에 방향족 비닐계 단량체, 산 무수물계 단량체 및 공단량체의 중합체로 필름 형성시 브리틀한 특성을 개선하여 파단 신율을 높이고 필름 커팅시 깨짐이 발생하지 않아서 공정성을 개선할 수 있으며 헤이즈를 낮추면서 a* 값을 낮출 수 있다. 파단신율을 높임으로써 필름 연신시 파단 발생을 낮추어 공정성을 개선할 수 있고 광학 필름의 헤이즈와 a* 값을 낮춤으로써 액정층 보상 필름과 적층시켜 사용될 수 있다. 광학필름은 파단 신율이 6% 이상, 예를 들면 6% 내지 10%가 될 수 있다. 광학필름은 헤이즈가 1% 이하, a* 값이 0.01 미만, 예를 들면 0 이하가 될 수 있다.
충격 보강제는 코어-쉘 형 입자 예를 들면 코어-쉘 형 러버(core-shell rubber, CSR)를 포함할 수 있다. 코어-쉘 형 입자를 포함함으로써 필름의 파단 신율을 높일 수 있다. 코어-쉘 형 입자는 코어 및 코어를 둘러싸는 쉘로 구성되어 있다. 쉘은 코어-쉘 형 입자 중 최외곽층을 의미하고, 코어는 하나의 구형 입자일 수 있다. 코어는 구형 입자를 감싸는 추가적인 층을 더 포함할 수도 있다.
코어-쉘 형 입자는 필름을 구성하는 수지(경화 후의 상태)의 굴절률 차이가 0.01 이하가 될 수 있다. 상기 범위에서, 미연신 상태의 필름에서 헤이즈를 낮출 수 있고 본 발명의 위상차를 구현하기 위해 연신하더라도 헤이즈를 낮출 수 있다. 코어-쉘 형 입자의 굴절률은 1.51 내지 1.52, 바람직하게는 1.515 내지 1.517이 될 수 있고, 필름을 구성하는 수지(경화 후의 상태)의 굴절률은 1.50 내지 1.53이 될 수 있다.
코어-쉘 형 입자의 코어는 n-부틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트 또는 2-에틸헥실아크릴레이트와 같은 저급 알킬 아크릴레이트의 중합체 또는 공중합체일 수 있다. 코어는 스티렌, 비닐아세테이트, 비닐클로라이드, 메틸메타아크릴레이트 등과 같은 다른 공중합성 불포화 단량체의 공중합체를 더 함유할 수도 있다. 코어는 디알릴말레이트, 모노알릴푸마레이트, 알릴메타아크릴레이트 등과 같은 2개 이상의 불포화 작용기를 갖는 단량체가 더 중합될 수도 있다. 바람직하게는, 코어는 n-부틸아크릴레이트의 공중합체일 수 있다. 코어-쉘 형 입자의 쉘은 코어에 그라프트되거나 가교 결합된 러버일 수 있다. 쉘은 메틸메타아크릴레이트, 에틸메타아크릴레이트, t-부틸메타아크릴레이트와 같은 저급 알킬 메타아크릴레이트로부터 중합된다. 쉘은 상기 저급 알킬 메타아크릴레이트의 호모 폴리머일 수 있다. 쉘은 스티렌, 비닐아세테이트, 비닐클로라이드, 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 부틸아크릴레이트와 같은 다른 단량체가 더 중합될 수도 있다. 바람직하게는 쉘은 메틸아크릴레이트와 스티렌의 공중합체를 포함할 수 있다. 코어-쉘형 입자 중 코어는 40중량% 내지 80중량%, 바람직하게는 60중량% 내지 70중량%, 쉘은 20중량% 내지 60중량%, 바람직하게는 40중량% 내지 50중량%로 구성될 수 있다. 상기 범위에서, 필름의 파단 신율을 개선할 수 있다.
코어-쉘 형 입자는 형상에 특별한 제한을 두지 않으나 구형 입자(예: 비드(bead))일 수 있으며, 평균입경(D50)은 100nm 내지 300nm, 바람직하게는 150nm 내지 250nm가 될 수 있다. 상기 범위에서, 필름에 포함될 수 있고, 필름의 투과율을 높일 수 있다. 상기 "평균입경(D50)"은 당업자에게 알려진 통상의 방법으로 측정할 수 있다.
코어-쉘 형 입자는 광학필름 중 1중량% 내지 15중량%, 바람직하게는 3중량% 내지 10중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 파단 신율을 개선하고 필름 커팅 공정에서 깨짐을 발생할 수 있으며 헤이즈를 낮출 수 있다.
광학필름을 구성하는 수지는 상기 상술한 공중합체를 사용할 수 있다. 일 구체예에서, 수지는 상기 공중합체 A 및 상기 공중합체 B를 블렌딩한 것이고 상기 공중합체 B는 중량평균분자량이 10만 이상, 바람직하게는 10만 내지 20만이 될 수 있다. 상기 범위에서, 파단 신율을 개선하고 필름 커팅 공정에서 깨짐을 발생할 수 있다. 일 예에서, 수지는 공중합체 A로 스티렌 30중량% 내지 70중량%, 말레산 무수물 5중량% 내지 30중량% 및 메틸메타아크릴레이트 10중량% 내지 50중량%를 포함하는 단량체 혼합물의 공중합체를 포함하고, 공중합체 B로 폴리메틸메타아크릴레이트를 포함할 수 있다. 공중합체 A 및 공중합체 B는 상술한 함량비로 포함될 수 있다.
일 구체예에서, 광학필름은 스티렌, 말레산 무수물 및 메틸메타아크릴레이트의 공중합체, 폴리메틸메타아크릴레이트 공중합체, 및 충격 보강제를 포함하고, 상기 폴리메틸메타아크릴레이트 공중합체는 중량평균분자량이 10만 이상이 될 수 있다. 상기 스티렌, 말레산 무수물 및 메틸메타아크릴레이트의 공중합체와 폴리메틸메타아크릴레이트 공중합체 혼합물의 굴절률과 상기 충격 보강제의 굴절률 차이는 0.01 이하가 될 수 있다.
광학필름은 상술한 첨가제를 더 포함할 수 있다.
광학필름은 상기 공중합체 A, 상기 공중합체 B 및 충격 보강제를 혼합한 후 상기 상술한 방법에 의해 연신하여 제조될 수 있다. 바람직하게는 이축 연신으로 MD 3배, TD 3배로 연신하여 제조될 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
이하, 본 발명의 디스플레이 소자에 대해 설명한다.
본 발명의 디스플레이 소자는 본 발명의 광학필름을 포함할 수 있다. 디스플레이 소자는 반사방지필름, 편광자보호필름, 시야각 보상필름 등으로 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 디스플레이 소자는 본 발명의 광학필름 및 본 발명의 광학필름 상 즉 광학필름의 일면 또는 양면에 형성된 액정층을 포함할 수 있다. 본 발명의 광학필름과 액정층은 서로 다르다. 상기 "액정층"은 액정 필름, 액정 코팅층 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 디스플레이 소자는 반사방지필름이 될 수 있다. 종래 무 위상차 광학필름에 위상차를 갖는 액정층을 2층 형성하여 반사방지필름을 제조하였으나, 광학필름에 상기 위상차를 부여함으로써 광학필름과 액정층 1층의 적층으로도 반사방지필름을 제조할 수 있도록 함으로써 반사방지필름 제조 공정을 최소화하고 원가 절감을 가능하게 하였다. 액정층 일면 또는 양면에 광학필름이 형성될 수도 있다.
액정층은 액정 화합물을 포함하는 액정 조성물로 형성될 수 있다. 액정 화합물은 네마틱 액정상, 스메틱 액정상, 콜레스테릭 액정상, 원통 액정상 등을 들 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 액정 조성물은 액정 화합물 이외에 키랄제를 추가로 포함하여, 요구되는 굴절률을 갖는 필름을 얻을 수 있다. 액정 조성물은 레벨링제, 중합개시제, 배향 보조제, 열 안정제, 윤활제, 가소제, 대전방지제 등의 첨가제를 더 포함할 수도 있다. 액정층은 굴절률이 1.48 내지 1.58, 바람직하게는 1.51 내지 1.55가 될 수 있다. 상기 범위에서, 디스플레이 소자의 기능을 나타낼 수 있다. 액정층은 두께가 0.1㎛ 내지 30㎛, 구체적으로, 0.1㎛ 내지 15㎛, 더 구체적으로 0.3 ㎛ 내지 5㎛가 될 수 있다. 상기 범위에서 디스플레이 소자에 사용될 수 있다
액정층은 위상차를 갖는 위상차 액정층일 수 있다. 액정층과 본발명의 광학필름의 적층체는 면내 위상차가 120nm 내지 160nm 예를 들면 130nm 내지 145nm, 두께 방향 위상차가 -10nm 내지 10nm가 될 수 있다. 상기 범위에서, OLED제품(예:휴대폰, 테블릿 등) 사용시 외부광을 차단하여 화면을 잘 보이게 하는 효과가 있을 수 있다.
디스플레이 소자에 있어서, 액정층은 광학필름 상에 적층될 수 있다. 액정층은 광학필름에 직접적으로 형성될 수 있다. 상기 "직접적으로 형성"은 액정층과 광학필름 사이에 다른 임의의 점착층, 접착층, 또는 점접착층이 개재되지 않음을 의미한다. 또는 액정층은 광학필름 상에 배향막을 형성한 후 액정 조성물을 코팅하고 액정을 배향시켜 형성될 수 있다. 배향막 형성 및 액정 배향은 당업자에게 알려진 통상의 방법으로 수행될 수 있다.
다른 실시예에서, 디스플레이 소자는 본 발명의 광학필름(이하, 제1광학필름) 및 본 발명의 광학필름 상에 형성된 다른 광학필름(제2광학필름)을 포함할 수 있다. 제2광학필름은 제1광학필름과 다르다. 제2광학필름은 통상의 광학적으로 투명한 수지로 형성된 필름으로, 보호필름, 편광자, 편광판, 위상차필름, 편광자 보호필름, 시야각 보상필름 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
이하, 본 발명의 편광판을 설명한다.
본 발명의 편광판은 편광자, 및 편광자의 일면에 형성된 본 발명의 광학필름을 포함할 수 있다.
일 구체예에서, 편광판은 편광자 및 편광자의 일면에 형성되고 본 발명의 광학필름과 광학보상필름의 적층체를 포함할 수 있다. 본 발명의 광학필름과 광학보상필름은 서로 다르다. 본 발명의 편광판은 발광표시장치 등에 적용시 측면 반사율이 1% 이하가 될 수 있다. 상기 "측면 반사율"은 극각 60°에서의 반사율을 의미하고, 하기 식 4로 측정된 값을 의미한다.
<식 4>
측면 반사율 = [(편광판의 60°에서의 평균 반사 휘도)-(흑색판의 60°에서의 평균 반사 휘도)]/[(반사판의 60°에서의 평균 반사 휘도)-(흑색판의 60°에서의 평균 반사 휘도)] x 100
편광자는 당업자에게 알려진 통상의 편광자로 편광판으로 입사된 외부광을 편광시킴으로써 반사율을 낮추어 화면 시인성을 좋게 할 수 있다.
광학보상필름은 역파장 분산성을 갖는 네가티브 A 플레이트로서 면내 위상차는 550nm 파장 측정시 120nm 내지 160nm, 두께 방향 위상차는 -10nm 내지 10nm가 될 수 있다. 상기 범위에서, 본 발명의 광학필름과 적층시 측면 반사율 증가율을 1% 이하로 할 수 있다. 광학보상필름은 특별히 제한되지 않으나 액정 함유 조성물로 형성된 액정 필름 또는 액정 코팅층일 수 있다. 광학보상필름은 두께가 0.5㎛ 내지 5㎛가 될 수 있다. 상기 범위에서, 편광판에 사용될 수 있다.
일 구체예에서 편광판은 본 발명의 광학필름과 광학보상필름의 적층체의 일면에 편광자가 적층되고, 상기 적층체의 다른 일면에 점착층이 형성될 수 있다. 상기 점착층은 편광판을 발광표시장치의 패널에 적층시키도록 할 수 있다. 점착층은 당업자에게 알려진 통상의 점착제(예:감압 점착제(PSA))로 형성될 수 있다. 예를 들면, 편광판은 편광자로부터 본 발명의 광학필름, 광학보상필름 및 점착층의 순서로 적층될 수 있다. 이때, 본 발명의 광학필름은 편광자에 직접적으로 접하여 적층될 수도 있고 점착층을 통해 편광자에 적층될 수도 있다.
예를 들면, 편광판은 편광자로부터 광학보상필름, 본 발명의 광학필름 및 점착층의 순서로 적층될 수 있다. 광학필름과 광학보상필름은 서로 직접적으로 접촉하여 형성될 수도 있지만 점착층을 통해 적층될 수도 있다. 점착층은 당업자에게 알려진 통상의 점착제(예:감압 점착제(PSA))로 형성될 수 있다. 광학보상필름의 일면에는 배향막이 더 형성될 수도 있다.
이하, 본 발명의 디스플레이 장치를 설명한다.
본 발명의 디스플레이 장치는 본 발명의 광학필름 본 발명의 디스플레이 소자 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일 실시예에서 디스플레이 장치는 액정표시장치, 발광소자 표시 장치, 바람직하게는 발광소자 표시 장치 등을 포함할 수 있다. 상기 발광소자 표시 장치는 유기 또는 유무기 발광소자를 포함하고, 예를 들면 LED(light emitting diode), OLED(organic light emitting diode), QLED(quantum dot light emitting diode), 형광체 등의 발광물질을 포함하는 발광소자를 의미할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되지는 않는다.
실시예
1
교반 장치, 온도 센서, 냉각관 및 질소 도입관을 구비한 반응 장치에 단량체로서 메틸메타아크릴레이트, 스티렌, 및 말레산 무수물와 중합 용매로서 톨루엔을 첨가하고, 질소를 첨가하면서 승온시켰다. 승온에 따른 환류가 시작된 후, 중합개시제로서 t-아밀퍼옥시드를 첨가하고, 약 100℃ 내지 150℃에서 중합하였다. 얻은 중합 용액을 감압하고 건조시켜서, 메틸메타아크릴레이트 30중량%, 스티렌 50중량%, 말레산 무수물 20중량%가 중합된 공중합체를 제조하였다.
상기 제조한 메틸메타아크릴레이트, 스티렌, 말레산 무수물 공중합체 30중량부에 메틸메타아크릴레이트 공중합체 70중량부를 혼합하여 T - 다이 용융 압출기에 넣고 용융시킨 다음 압출하여 두께 300㎛의 필름을 제조하였다. 메틸메타아크릴레이트 공중합체는 상기 메틸메타아크릴레이트, 스티렌, 말레산 무수물 공중합체의 제조와 유사 방법으로 제조하였다. 제조한 필름을 전송 속도 200mm/분, 연신 온도 130℃에서 연신하되, 필름 MD로 3.0배, 필름 TD로 3.0배로 축차 2축 연신하여 두께 40㎛의 광학필름을 제조하였다.
실시예
2
실시예 1에서, 메틸메타아크릴레이트, 스티렌, 말레산 무수물 공중합체 50중량부에 메틸메타아크릴레이트 공중합체 50중량부를 혼합한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 광학필름을 제조하였다.
실시예
3
실시예 1의 광학필름 일면에 배향막을 형성하고 네마틱 액정층을 형성하여 디스플레이 소자를 제조하였다.
실시예
4
교반 장치, 온도 센서, 냉각관 및 질소 도입관을 구비한 반응 장치에 단량체로서 메틸메타아크릴레이트, 스티렌, 및 말레산 무수물와 중합 용매로서 톨루엔을 첨가하고, 질소를 첨가하면서 승온시켰다. 승온에 따른 환류가 시작된 후, 중합개시제로서 t-아밀퍼옥시드를 첨가하고, 약 100℃ 내지 150℃에서 중합하였다. 얻은 중합 용액을 감압하고 건조시켜서, 메틸메타아크릴레이트 65중량%, 스티렌 25중량%, 말레산 무수물 10중량%가 중합된 공중합체를 제조하였다.
상기 제조한 공중합체를 T - 다이 용융 압출기에 넣고 용융시킨 다음 압출하여 두께 300㎛의 필름을 제조하였다. 제조한 필름을 전송 속도 200mm/분, 연신 온도 130℃에서 연신하되, 필름 MD로 3.0배, 필름 TD로 3.0배로 축차 2축 연신하여 두께 40㎛의 광학필름을 제조하였다.
실시예
5
실시예 4에서 단량체 함량을 하기 표 2와 같이 변경한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 광학필름을 제조하였다.
실시예
6
교반 장치, 온도 센서, 냉각관 및 질소 도입관을 구비한 반응 장치에 단량체로서 메틸메타아크릴레이트, 스티렌, 및 말레산 무수물와 중합 용매로서 톨루엔을 첨가하고, 질소를 첨가하면서 승온시켰다. 승온에 따른 환류가 시작된 후, 중합개시제로서 t-아밀퍼옥시드를 첨가하고, 약 100℃ 내지 150℃에서 중합하였다. 얻은 중합 용액을 감압하고 건조시켜서, 메틸메타아크릴레이트 75중량%, 스티렌 10중량%, 말레산 무수물 15중량%가 중합된 공중합체를 제조하였다.
상기 제조한 공중합체 100중량부와 봉상 나노입자 탄산스트론튬(SrCO3) 3중량부를 T - 다이 용융 압출기에 넣고 용융시킨 다음 압출하여 두께 300㎛의 필름을 제조하였다. 제조한 필름을 전송 속도 200mm/분, 연신 온도 130℃에서 연신하되, 필름 MD로 3.0배, 필름 TD로 3.0배로 축차 2축 연신하여 두께 40㎛의 광학필름을 제조하였다.
실시예
7
실시예 6에서, 메틸메타아크릴레이트 75중량%, 스티렌 6중량%, 말레산 무수물 19중량%가 중합된 공중합체를 제조하고, 상기 제조한 공중합체 100중량부와 탄산스트론튬(SrCO3) 10중량부를 T - 다이 용융 압출기에 넣고 용융시킨 다음 실시예 6과 동일한 방법으로 광학필름을 제조하였다.
실시예
8
교반 장치, 온도 센서, 냉각관 및 질소 도입관을 구비한 반응 장치에 단량체로서 메틸메타아크릴레이트, 스티렌, 및 말레산 무수물와 중합 용매로서 톨루엔을 첨가하고, 질소를 첨가하면서 승온시켰다. 승온에 따른 환류가 시작된 후, 중합개시제로서 t-아밀퍼옥시드를 첨가하고, 약 100℃ 내지 150℃에서 중합하였다. 얻은 중합 용액을 감압하고 건조시켜서, 스티렌 50중량%, 메틸메타아크릴레이트 30중량%, 말레산 무수물 20중량%가 중합된 공중합체를 제조하였다.
상기 제조한 메틸메타아크릴레이트, 스티렌, 말레산 무수물 공중합체 40중량부에 메틸메타아크릴레이트 공중합체(V040) 60중량부 및 코어-쉘 형 나노입자(M732) 5중량부를 혼합하여 T - 다이 용융 압출기에 넣고 용융시킨 다음 압출하여 두께 300㎛의 필름을 제조하였다. 제조한 필름을 전송 속도 200mm/분, 연신 온도 130℃에서 연신하되, 필름 MD로 3.0배, 필름 TD로 3.0배로 축차 2축 연신하여 두께 40㎛의 광학필름을 제조하였다.
메틸메타아크릴레이트, 스티렌, 말레산 무수물 공중합체 40중량부에 메틸메타아크릴레이트 공중합체(V040) 60중량부 전체의 굴절률은 1.52이다.
실시예
9 내지
실시예
12
실시예 8에서 메틸메타아크릴레이트, 코어-쉘형 나노입자의 종류 및 함량을 하기 표 3과 같이 변경한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 광학필름을 제조하였다.
비교예
1 내지
비교예
2
실시예 1에서, 메틸메타아크릴레이트, 스티렌, 말레산 무수물 공중합체와 메틸메타아크릴레이트 호모공중합체의 혼합 비율을 하기 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 광학필름을 제조하였다.
비교예
3
메틸메타아크릴레이트 호모공중합체 70중량부, 스티렌 호모공중합체 30중량부를 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 광학필름을 제조하였다.
비교예
4
메틸메타아크릴레이트 호모공중합체 100중량부를 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 광학필름을 제조하였다.
비교예
5와
비교예
6
실시예 4에서 공중합체 중 메틸메타아크릴레이트, 스티렌, 말레산 무수물의 혼합 비율을 변경하여 하기 표 2와 같이 변경한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 광학필름을 제조하였다.
실시예 1 내지 실시예 7과 비교예 1 내지 비교예 6에서 제조한 광학필름에 대해 하기 표 1, 표 2의 물성을 평가하였다.
(1)면내 위상차, 두께 방향 위상차: 광학필름에 대하여 파장 550nm에서 위상차 측정 장치 Axoscan(Axometric 사)를 사용해서 측정하였다.
(2)유리전이온도(Tg): 광학필름에 대하여 질소 퍼징 조건, 40℃에서 200℃까지 20℃/분의 승온 속도로 승온하면서 Discovery(TA instrument사)로 측정하였다.
(3)파단신율: 광학필름을 MD x TD 10cm x 2cm로 재단하였다. 연신 전 광학필름의 MD 길이를 L0이라고 하였다. 측정 장치 Instron사 UTM3300 (universal Testing Machine)을 사용해서 광학필름을 25℃에서 MD로 100mm/min 속도로 연신하고, 광학필름이 파단된 시점에서 광학필름의 MD 방향의 길이 L1이라고 하였다. 파단 신율은 (L1 - L0)/ L0 x 100으로 계산하였다.
(4)전광선 투과율: ASTM D 1003의 방법에 따라 광학필름에 대하여 UV-2450(UV-VIS) 스펙트로미터(Shimadzu사)를 사용하여 측정하였다.
(5)광학필름 굴절률: 광학필름에 대해 ASTM D542 방법으로 굴절률을 측정하였다.
(6)헤이즈: Haze meter(Nippon Denshoku社 모델 NDH 5000) 장비를 이용하였다. ASTM(American Society for Testing and Measurement) 시험 방법 D 1003-95 ("투명 플라스틱의 탁도 및 시감 투과율에 대한 표준 시험법(Standard Test for Haze and Luminous Transmittance of Transparent Plastic)")에 따라 40㎛ 두께에서의 헤이즈를 측정하였다.
실시예 1 |
실시예 2 |
비교예 1 |
비교예 2 |
비교예 3 |
비교예 4 |
||
공중합체 혼합 비율* | 30:70 | 50:50 | 70:30 | 10:90 | - | - | |
단량체 함량* |
메틸 메타아크릴레이트 (중량%) |
79 | 65 | 51 | 93 | 70 | 100 |
스티렌 (중량%) |
15 | 25 | 35 | 5 | 30 | 0 | |
말레산 무수물 (중량%) |
6 | 10 | 14 | 2 | 0 | 0 | |
광학필름 두께(㎛) | 40 | 40 | 40 | 40 | 40 | 40 | |
면내 위상차(nm) | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 5 | 5 | 3 | |
두께 방향 위상차 (nm) |
-75 | -100 | -160 | -25 | -110 | 3 | |
Tg(℃) | 120 | 125 | 130 | 108 | 105 | 103 | |
파단신율(%) | 6 | 6 | 4 | 2 | 4 | 2 | |
전광선 투과율(%) | 92 | 92 | 90 | 92 | 85 | 92 | |
광학필름 굴절률 | 1.51 | 1.51 | 1.53 | 1.49 | 1.51 | 1.49 | |
MD 연신 배율 | 3.0 | 3.0 | 3.0 | 3.0 | 3.0 | 3.0 | |
TD 연신 배율 | 3.0 | 3.0 | 3.0 | 3.0 | 3.0 | 3.0 |
*단량체 함량: 광학필름에 포함된 단량체 총 함량 중 해당 단량체의 함량
*공중합체 혼합 비율: 메틸메타아크릴레이트, 스티렌, 말레산 무수물 공중합체와 메틸메타아크릴레이트 공중합체 총합 100중량부 중 메틸메타아크릴레이트, 스티렌, 말레산 무수물 공중합체 : 메틸메타아크릴레이트 공중합체의 중량 비율
실시예 4 |
실시예 5 |
실시예 6 |
실시예 7 |
비교예 5 |
비교예 6 |
||
단량체 함량 |
메틸 메타아크릴레이트 (중량%) |
65 | 80 | 75 | 75 | 55 | 95 |
스티렌 (중량%) |
25 | 15 | 10 | 6 | 35 | 3 | |
말레산 무수물 (중량%) |
10 | 5 | 15 | 19 | 10 | 2 | |
봉상 나노입자 (중량부) |
0 | 0 | 3 | 10 | 0 | 0 | |
광학필름 두께(㎛) | 40 | 40 | 40 | 40 | 40 | 40 | |
면내 위상차 (nm) |
1 | 1 | 1.5 | 1.5 | 3 | 1 | |
두께 방향 위상차 (nm) |
-100 | -70 | -70 | -100 | -160 | -5 | |
Tg(℃) | 125 | 119 | 117 | 117 | 130 | 108 | |
파단신율(%) | 6 | 6 | 5 | 5 | 4 | 2 | |
전광선 투과율(%) | 92 | 92 | 91 | 91 | 89 | 92 | |
광학필름 굴절률 | 1.51 | 1.51 | 1.51 | 1.51 | 1.53 | 1.50 | |
헤이즈(%) | 0.1 | 0.1 | 0.97 | 0.97 | 0.2 | 0.1 | |
MD 연신 배율 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | |
TD 연신 배율 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
상기 표 1, 표 2에서와 같이, 본 발명의 광학필름은 면내 위상차와 두께 방향 위상차가 소정의 범위를 만족하고 내열성, 광학적 투명성이 우수하였으며 파단신율도 높았다.
그러나, 비교예의 광학필름은 본 발명의 면내 위상차, 두께 방향 위상차, 전광선 투과율 및 유리전이온도 중 하나 이상을 만족하지 못하였다.
실시예 8 내지 실시예 12에서 제조한 광학필름에 대해 하기 표 3의 물성을 평가하였다.
면내 위상차, 두께 방향 위상차, 유리전이온도, 전광선 투과율, 헤이즈, 파단신율은 상기 표 1, 표 2에서와 동일한 방법으로 측정하였다.
광학 특성 L*, a*, b*는 CM-3600A(Konica Minolta사)에 필름을 넣고 필름 표면이 광원을 향하도록 하여 광학 특성을 각각 측정하였다.
YI는 CM-3600A(Konica Minolta사)에 필름을 넣고 필름 표면이 광원을 향하도록 하여 황색 지수를 각각 측정하였다.
커팅시 깨짐성은 광학필름을 커터기로 커팅하였을 때 커팅면에서 샘플 안쪽으로 생긴 눌림선의 두께를 비교 평가하였다. 눌림선 두께가 낮을수록 커팅시 깨짐성이 낮아서 광학 필름으로 사용할 수 있음을 의미한다.
실시예 8 | 실시예 9 | 실시예 10 | 실시예 11 | 실시예 12 | ||
공중합체 혼합 비율* | 40:60 | 40:60 | 40:60 | 40:60 | 40:60 | |
단량체 함량* |
메틸 메타아크릴레이트 (중량%) |
30 | 30 | 30 | 30 | 30 |
스티렌 (중량%) |
50 | 50 | 50 | 50 | 50 | |
말레산 무수물 (중량%) |
20 | 20 | 20 | 20 | 20 | |
메틸메타아크릴레이트 공중합체 | V040 | V210C | V040 | V210C | V210C | |
코어-쉘 형 나노입자 종류 |
M732 | M732 | M521 | M521 | - | |
코어-쉘 형 나노입자 함량(중량부) |
5 | 10 | 5 | 10 | 0 | |
광학필름 두께(㎛) | 40 | 40 | 40 | 40 | 40 | |
면내 위상차(nm) | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | |
두께 방향 위상차 (nm) |
-90 | -90 | -90 | -90 | -90 | |
Tg(℃) | 118 | 117 | 118 | 117 | 120 | |
전광선 투과율(%) | 91.85 | 92.51 | 92.49 | 92.37 | 92.54 | |
헤이즈(%) | 0.94 | 0.87 | 0.39 | 0.55 | 0.16 | |
파단신율(%) | 6.2 | 9.6 | 9 | 9 | 6 | |
광학 특성 L* | 96.65 | 96.68 | 96.72 | 96.7 | 96.73 | |
광학 특성 a* | 0 | 0 | 0 | -0.01 | 0.01 | |
광학 특성 b* | 0.21 | 0.21 | 0.23 | 0.29 | 0.19 | |
광학 특성 YI | 0.62 | 0.6 | 0.65 | 0.74 | 0.58 | |
커팅시 깨짐성 | 20㎛ | 10㎛ | 10㎛ | 3㎛ | 40㎛ | |
광학필름 굴절률 | 1.516 | 1.516 | 1.517 | 1.517 | 1.516 | |
MD 연신 배율 | 3.0 | 3.0 | 3.0 | 3.0 | 3.0 | |
TD 연신 배율 | 3.0 | 3.0 | 3.0 | 3.0 | 3.0 |
*메틸메타아크릴레이트 공중합체 V021C: Arkema, 중량평균분자량:10만
*메틸메타아크릴레이트 공중합체 V040: Arkema, 중량평균분자량:10만
*코어-쉘 형 나노입자 M732: KANEKA corporation, 평균입경:150nm, 코어 쉘 중 코어 60중량% 및 쉘 40중량%, 코어는 부틸아크릴레이트, 쉘은 스티렌과 메틸메타아크릴레이트의 공중합체, 굴절률:1.515
*코어-쉘 형 나노입자 M521: KANEKA corporation, 평균입경:250nm, 코어 쉘 중 코어 60중량% 및 쉘 40중량%, 코어는 부틸아크릴레이트, 쉘은 스티렌과 메틸메타아크릴레이트의 공중합체, 굴절률:1.517
*단량체 함량: 메틸메타아크릴레이트, 스티렌, 말레산 무수물 공중합체 중 각 단량체 함량
*공중합체 혼합 비율: 메틸메타아크릴레이트, 스티렌, 말레산 무수물 공중합체와 메틸메타아크릴레이트 공중합체 총합 100중량부 중 메틸메타아크릴레이트, 스티렌, 말레산 무수물 공중합체 : 메틸메타아크릴레이트 공중합체의 중량 비율
상기 표 3에서와 같이, 본 발명의 광학 필름은 코어-쉘 형 나노입자를 포함함으로써 필름 커팅시 깨짐이 발생하지 않아서 공정성을 개선할 수 있다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
Claims (24)
- 방향족 비닐계 단량체; 산 무수물계 단량체; 및 상기 방향족 비닐계 단량체 또는 상기 산 무수물계 단량체와 공중합 가능한 공단량체로부터 유래되는 광학필름이고,
상기 광학필름은 하기 식 1의 면내 위상차가 15nm 이하, 하기 식 2의 두께 방향 위상차가 -150nm 내지 -10nm, 유리전이온도가 110℃ 내지 150℃, 전광선 투과율이 90% 이상인 광학필름:
<식 1>
Re = (nx - ny) x d
(상기 식 1에서, nx, ny는 파장 550nm에서 각각 광학필름의 지상축 방향, 진상축 방향의 굴절률이고, d는 광학필름의 두께(단위:nm)이다),
<식 2>
Rth = ((nx + ny)/2 - nz) x d
(상기 식 2에서, nx, ny, nz는 파장 550nm에서 각각 광학필름의 지상축 방향, 진상축 방향, 두께 방향의 굴절률이고, d는 광학필름의 두께(단위:nm)이다).
- 제1항에 있어서, 상기 광학필름은 상기 공단량체 60중량% 내지 80중량%, 상기 방향족 비닐계 단량체 10중량% 내지 25중량%, 및 상기 산 무수물계 단량체 5중량% 내지 20중량%로부터 유래되는 것인, 광학필름.
- 제2항에 있어서, 상기 광학필름은 상기 공단량체, 상기 방향족 비닐계 단량체 및 상기 산 무수물계 단량체의 3원 공중합체로부터 형성된 것인, 광학필름.
- 제2항에 있어서, 상기 광학필름은 상기 공단량체, 상기 방향족 비닐계 단량체 및 상기 산 무수물계 단량체의 3원 공중합체 및 상기 공단량체의 호모 공중합체의 블렌딩으로부터 형성된 것인, 광학필름.
- 제4항에 있어서, 상기 3원 공중합체와 상기 호모 공중합체의 총합 100중량부 중 상기 3원 공중합체: 상기 호모 공중합체는 20:80 내지 50:50의 중량 비율로 포함되는, 광학필름.
- 제1항에 있어서, 상기 광학필름은 굴절률이 1.40 내지 1.60인 것인, 광학필름.
- 제1항에 있어서, 상기 광학필름은 하기 식 3의 이축성 정도가 -30 이상 -5 이하인 것인, 광학필름:
<식 3>
NZ = (nx - nz)/(nx - ny)
(상기 식 3에서, nx, ny, nz는 파장 550nm에서 각각 광학필름의 지상축 방향, 진상축 방향, 두께 방향의 굴절률이다).
- 제1항에 있어서, 상기 공단량체, 방향족 비닐계 단량체 및 산 무수물계 단량체 총합 중 상기 방향족 비닐계 단량체의 함량은 상기 산 무수물계 단량체의 함량 대비 큰 것인, 광학필름.
- 제1항에 있어서, 상기 광학필름은 MD 연신 비율: TD 연신 비율이 1:1 내지 1:3인 2축 연신 필름인 것인, 광학필름.
- 제1항에 있어서, 상기 공단량체는 메틸(메트)아크릴레이트, 에틸(메트)아크릴레이트, 이소프로필(메트)아크릴레이트, n-부틸(메트)아크릴레이트, t-부틸(메트)아크릴레이트, 시클로헥실 (메트)아크릴레이트, 이소보닐(메트) 아크릴레이트, 히드록시메틸(메트)아크릴레이트 및 히드록시에틸(메트)아크릴레이트 중 하나 이상을 포함하는, 광학필름.
- 제1항에 있어서, 상기 방향족 비닐계 단량체는 스티렌, 알파스티렌, 파라스티렌, 메타스티렌, 비닐톨루엔 중 하나 이상을 포함하는 것인, 광학필름.
- 제1항에 있어서, 상기 산 무수물계 단량체는 말레산 무수물을 포함하는 것인, 광학필름.
- 제1항에 있어서, 상기 광학필름은 두께가 10㎛ 내지 100㎛인 것인, 광학필름.
- 제1항에 있어서, 상기 광학필름은 메틸메타아크릴레이트 60중량% 내지 80중량%, 스티렌 10중량% 내지 25중량%, 및 말레산 무수물 5중량% 내지 20중량%로부터 유래되고,
상기 광학필름은 상기 메틸메타아크릴레이트, 상기 스티렌 및 상기 말레산 무수물의 3원 공중합체 및 상기 메틸메타아크릴레이트의 호모 공중합체의 블렌딩으로부터 형성된 것인, 광학필름.
- 제1항에 있어서, 상기 광학필름은 봉상의 나노입자를 더 포함하는 것인, 광학필름.
- 제15항에 있어서, 상기 봉상의 나노입자는 탄산스트론튬, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 탄산지르코늄, 탄산코발트, 탄산망간 중 하나 이상을 포함하는 것인, 광학필름.
- 제15항에 있어서, 상기 봉상의 나노입자는 상기 광학필름 중 1중량% 내지 15중량%로 포함되는 것인, 광학필름.
- 제1항에 있어서, 상기 광학필름은 스티렌, 말레산 무수물 및 메틸메타아크릴레이트의 공중합체, 폴리메틸메타아크릴레이트 공중합체, 및 충격 보강제를 포함하고, 상기 폴리메틸메타아크릴레이트 공중합체는 중량평균분자량이 10만 이상인 것인, 광학필름.
- 제18항에 있어서, 상기 스티렌, 말레산 무수물 및 메틸메타아크릴레이트의 공중합체와 폴리메틸메타아크릴레이트 공중합체 혼합물의 굴절률과 상기 충격 보강제의 굴절률 차이는 0.01 이하인 것인, 광학필름.
- 제18항에 있어서, 상기 충격 보강제는 코어-쉘 형 나노입자이고,
상기 광학필름 중 1중량% 내지 15중량%로 포함되는 것인, 광학필름.
- 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항의 광학필름을 포함하는 디스플레이 소자.
- 제21항에 있어서, 상기 디스플레이 소자는 상기 광학필름 및 상기 광학필름 일면에 형성된 액정층을 포함하는 것인, 디스플레이 소자.
- 제22항에 있어서, 상기 액정층은 역파장 분산성을 갖는 네거티브 A 플레이트인 것인, 디스플레이 소자.
- 제21항의 디스플레이 소자를 포함하는 디스플레이 장치.
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