KR20200065428A

KR20200065428A - 편광판

Info

Publication number: KR20200065428A
Application number: KR1020180151897A
Authority: KR
Inventors: 장준원; 박문수; 김선국; 정종현
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2018-11-30
Filing date: 2018-11-30
Publication date: 2020-06-09
Also published as: KR102513842B1

Abstract

본 출원은, 편광판 및 그 용도에 대한 것이다. 본 출원은, IPS 모드의 LCD와 같은 디스플레이 장치에 적용되어서, 특히 경사각에서의 CR(Contrast Ratio) 저하를 방지하고, 색감 및 시감 특성을 우수하게 유지할 수 있는 편광판을 제공할 수 있다.

Description

편광판{Polarizing Plate}

본 출원은, 편광판에 관한 것이다.

LCD(Liquid Crystal Display)는, 구동 방식에 따라서 크게 TN(Twisted Nematic) 모드와 같은 선광 모드와 VA(Vertical Alighment) 또는 IPS(In-plnae switching) 방식과 같은 복굴절 모드로 구분할 수 있다. TN(Twisted Nematic) 모드는, 상대적으로 단순한 구조를 가진 LCD이지만, 액정의 배열이 시야각에 따라 비대칭적이기 때문에 시야각이 제한되는 문제가 있다.

VA(Vertical Alignment) 및 IPS(In-Plane Switching) 모드는 TN 모드의 단점을 보완하기 위하여 연구된 모드이고, 특히 IPS 모드는 광시야각의 구현에 유리하다.

소위 면상 스위칭 모드로도 불리우는 IPS 모드는, 시야각에 따라서 블랙 표시 상태에서 빛샘이 발생하여 CR(Contrast Ratio)이 저하될 수 있고, 방향에 따라서 특정한 색감이 인식되어 시감 특성이 저하될 수 있다.

본 출원은, 편광판에 대한 것이다. 본 출원은, LCD와 같은 디스플레이 장치에 적용되어, 경사각에서 발생할 수 있는 CR(Contrast Ratio) 저하, 칼라 시프트(Color Shift) 및 시감 저하 문제를 해결할 수 있는 편광판을 제공하는 것을 하나의 목적으로 한다.

본 명세서에서 언급하는 위상차, 굴절률 및/또는 굴절률 이방성 등의 광학 특성의 기준 파장은, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 대략 550 nm이다.

본 명세서에서 각도를 정의하는 용어 수직, 수평, 직교 및 평행은 실질적인 의미에서의 수직, 수평, 직교 및 평행으로서, 대략 ±10도 이내, ±9도 이내, ±8도 이내, ±7도 이내, ±6도 이내, ±5도 이내, ± 4도 이내, ±3도 이내, ±2도 이내 또는 ±1도 이내의 오차를 포함할 수 있다.

본 명세서에서 언급하는 용어 경사각 및 동경각은 특별히 달리 규정하지 않는 한 다음과 같이 정의된다. 도 1에서 x축과 y축에 의해 형성되는 평면을 기준면(예를 들면, 기준면은 디스플레이 장치에서 화상이 표시되는 디스플레이면일 수 있다)이라고 할 때에 그 기준면의 법선인 z축에 대해서 도 1과 같이 형성되는 각도를 경사각으로 정의한다(도 1에서 P 지점에서의 경사각은 θ). 도 1에서 x축과 y축에 의해 형성되는 평면을 기준면(예를 들면, 기준면은 디스플레이 장치에서 화상이 표시되는 디스플레이면일 수 있다)이라고 할 때에 그 기준면의 x축을 0도로 한 때에 해당 x축에 대해서 도 1과 같이 형성되는 각도를 동경각 또는 방위각으로 정의한다(도 1에서 P 지점에서의 동경각 또는 방위각은 φ).

본 출원의 편광판은, 적어도 편광층 및 염료층을 수 있다. 상기에서 편광층은, 흡수형이거나, 반사형 편광층일 수 있으며, 일 예시에서는 흡수형 선형 편광층일 수 있다. 따라서, 상기 흡수형 편광층은 일 방향으로 형성된 투과축과 그와는 다른 방향으로 형성된 흡수축을 가질 수 있다. 통상 흡수형 편광층에서 투과축과 흡수축은 서로 수직하게 형성된다.

본 출원의 편광판에서 상기 수직 배향 염료층은 상기 편광층의 일면에 위치할 수 있고, 구체적으로는 상기 편광층의 하부에 위치할 수 있다. 본 명세서에서 용어 하부는, 상기 편광층에서 상기 수직 배향 염료층으로 향하는 방향을 의미하고, 상부는 그 반대 방향을 의미한다. 일 예시에서 상기 하부는, 본 출원의 편광판이 LCD 등의 디스플레이 장치에 적용되었을 때에 상기 편광판에서 상기 디스플레이 장치로 향하는 방향과 일치할 수 있다.

본 명세서에서 용어 편광층은 반사형 또는 흡수형 편광 기능을 가지는 필름, 시트 또는 소자를 의미한다. 편광층은 여러 방향으로 진동하는 입사광으로부터 한쪽 방향으로 진동하는 광을 추출할 수 있는 기능성 소자이다.

본 출원에서 흡수형 편광층으로는, 흡수형 선형 편광층을 사용할 수 있다. 이러한 편광층으로는, 대표적으로 PVA(poly(vinyl alcohol)) 편광층이 알려져 있지만, 본 출원에서 적용될 수 있는 편광층의 종류가 상기 PVA 편광층에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 수평 배향된 상태로 중합된 액정 호스트와 이색성 염료를 포함하는 편광층으로서, 소위 코팅형 편광층으로 공지된 편광층도 본 출원에서 적용될 수 있다.

상기와 같은 편광층들은 다양하게 공지되어 있고, 그러한 편광층의 제조 방법이나 입수 방법도 잘 알려져 있다. 본 출원에서는 특별한 제한 없이 이러한 공지의 편광층들이 적용될 수 있다.

상기 적용되는 흡수형 편광층의 두께에는 특별한 제한은 없고, 공지의 편광층이 가지는 두께를 가질 수 있다. 통상 상기 편광층의 두께는 대략 0.5μm 내지 30μm의 범위 내일 수 있다.

본 출원의 편광판에서는 상기 편광층의 하부에 수직 배향 염료층이 추가로 위치한다. 이러한 염료층과 상기 편광층은 직접 접하고 있거나, 혹은 상기 염료층과 편광층의 사이에는 접착제층이나 점착제층 또는 위상차층과 같은 기타 다른 층이 위치하고 있을 수도 있다.

상기 염료층은, 수직 배향 상태로 중합된 액정 호스트와 이색성 염료 게스트를 포함할 수 있다. 상기 염료층은 다른 예시에서 게스트 호스트(Guest Host)층으로 불리울 수도 있다. 게스트 호스트층은, 배향된 액정 호스트와 상기 액정 호스트의 배향 방향에 따라 정렬된 이색성 염료 게스트를 포함하는 층이다. 따라서, 상기 염료층은 상기 수직 배향된 상태로 중합되어 상기 배향 상태가 고정된 액정 호스트와 상기 액정 호스트의 배향에 따라 역시 수직 방향으로 정렬되어 있는 이색성 염료 게스트를 포함할 수 있다.

이와 같은 염료층은, 면상 스위칭 LCD와 같은 디스플레이 장치에 적용되었을 때에 경사각에서 발생할 수 있는 CR(Contrast Ratio) 저하 문제를 해결할 수 있다. 또한, 상기 이색성 염료의 흡수 파장의 제어를 통해서 경사각에서의 색감 이동(color shift)을 억제할 수도 있고, 경우에 따라서는 색감을 적극적으로 목적 위치로 이동시킬 수도 있다.

이러한 작용에 의해 결과적으로 경사각에서 CR의 저하가 없고, 색 특성 내지는 시감이 우수한 디스플레이 장치를 제공할 수 있으며, 이러한 효과는 특히 소위 면상 스위칭 모드(IPS 모드)의 LCD에서 우수하게 나타날 수 있다.

상기 염료층에 포함되는 중합성 액정 호스트의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 업계에서는 소위 RM(Reactive Mesogen)으로 호칭되는 화합물로서, 제어된 배향 상태에서 중합되어 그 배향 상태가 고정될 수 있는 중합성 액정 화합물이 다양하게 알려져 있으며, 본 출원에서는 이와 같은 액정 화합물이 상기 액정 호스트로 사용될 수 있다. 통상 이러한 액정 화합물은 액정성을 나타낼 수 있는 부위(예를 들면 메소겐(mesogen) 골격 등)을 포함하고, 중합성 또는 경화성 관능기를 하나 이상 포함한다. 상기 중합성 또는 경화성 관능기는 통상 알케닐기, 에폭시기, 카복실기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기 등이다.

하나의 예시에서 본 출원에서는 상기와 같은 액정 호스트로서, 네마틱(Nematic) 액정 화합물 또는 스멕틱(Smectic) 액정 화합물 등을 적용할 수 있다. 상기 액정 화합물은 경화성 내지는 중합성이다. 이러한 액정 화합물은 보다 효과적으로 수직 배향 구조를 형성하고, 그에 의해 본 출원의 목적에 적합한 특성을 나타낼 수 있다. 통상적으로 상기 네마틱 및/또는 스멕틱 액정 화합물로는 굴절률 이방성이 대략 0.02 내지 0.3 의 범위 내에 있는 화합물이 적용될 수 있다.

중합성 액정 호스트의 수직 배향 상태는 실질적 수직 배향 상태이다. 따라서, 상기 액정층은 어느 정도의 면내 위상차를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 액정층은, 면내 위상차가 약 0 내지 10nm의 범위 내일 수 있다. 상기 면내 위상차는 다른 예시에서 약 9 nm 이하, 8 nm 이하, 7 nm 이하, 6 nm 이하, 5 nm 이하, 4 nm 이하, 3 nm 이하, 2 nm 이하 또는 1 nm 이하일 수 있다.

본 명세서에서 언급하는 용어 면내 위상차는 하기 수식 A로 계산되는 수치이다.

[수식 A]

Rin = d × (nx - ny)

수식 A에서 Rin은 면내 위상차이고, d는 염료층, 액정층 혹은 위상차층의 두께이며, nx는 염료층, 액정층 혹은 위상차층의 면내 지상축과 평행한 방향의 굴절률이고, ny는 염료층, 액정층 혹은 위상차층의 면내 진상축과 평행한 방향의 굴절률이다.

상기 액정층은, 상기 수직 배향된 액정 호스트의 배향에 따라 정렬된 이색성 염료 게스트(Dichroic Dye Guest)를 포함한다.

본 명세서에서 용어 염료는 가시광 영역의 광(대략 400 내지 700 nm 파장 범위 내의 광)의 전체 혹은 그 중 적어도 일부의 광을 집중적으로 흡수 및/또는 변형시킬 수 있는 물질을 의미하고 용어 이색성 염료(Dichroic Dye)는 상기와 같은 광의 흡수 및/또는 변형이 이방성을 가지는 경우의 물질을 의미할 수 있다.

이러한 이색성 염료로는, 소위 게스트 물질로 사용될 수 있는 것으로 알려진 모든 염료가 적용될 수 있다. 이색성 염료로는 아조계 염료, 안트라퀴논계 염료, 메틴계 염료, 아조메틴계 염료, 옥사딘계 염료, 아조계 염료, 스티릴계 염료, 쿠마린계 염료, 포르피린계 염료, 디벤조푸라논계 염료, 티케토필로로필로르계 염료, 로다민계 염료, 키산텐계 염료 및/또는 필로메텐계 염료 등이 알려져 있고, 본 출원에서는 이러한 공지의 염료 중에서 적절한 종류가 목적에 적합하도록 선택되어 사용될 수 있다.

본 출원에서 상기 이색성 염료는 최대 흡수 파장이 450 nm 내지 650 nm의 범위 내에 있는 염료일 수 있다. 상기 최대 흡수 파장은 다른 예시에서 500 nm 이상, 500 nm 초과, 510nm 이상, 520nm 이상, 530nm 이상 또는 540nm 이상이거나, 600 nm 이하, 600 nm 미만, 590 nm 이하, 580 nm 이하 또는 570 nm 이하일 수 있다. 예를 들면, 통상 블루 그린 염료(blue-green) 염료, 그린 염료(green dye) 또는 옐로우 그린 염료(yellow-green) 등으로 알려진 염료가 본 출원에서 사용될 수 있다. 이와 같이 이색성 염료의 최대 흡수 파장을 조절하여, LCD 등의 디스플레이 장치에서 적합한 효과를 발휘할 수 있다. 상기 염료층은, 이색성 염료로서, 상기 최대 흡수 파장이 450 nm 내지 650 nm의 범위 내에 있는 염료만을 포함하거나, 필요한 경우에 상기 염료에 추가로 상기와는 다른 파장 대역에서 최대 흡수 파장을 나타내는 다른 염료도 포함할 수 있다. 한편, 상기 이색성 염료의 최대 흡수 파장은 상기 450 nm 내지 650 nm 범위 내의 파장 중 어느 한 파장이거나, 상기 범위 내의 일부 영역 범위 내의 파장이거나, 혹은 상기 450 nm 내지 650 nm의 전체 영역일 수도 있다. 일정 범위 내에서 최대 흡수 파장을 가지도록 하기 위해서 필요하다면, 2종 이상의 이색성 염료가 동시에 염료층에 적용될 수도 있다.

수직 배향 염료층은, 이색비(Dichroic ratio)가 5 이상일 수 있다. 염료층의 이색비는, 염료층의 측면 방향의 흡수율(도 1에서 x축과 y축에 의해 형성되는 평면을 염료층의 표면이라고 한 때에 상기 x축 또는 y축 방향과 평행한 방향에서의 흡수율)을 염료층의 법선 방향의 흡수율(도 1에서 x축과 y축에 의해 형성되는 평면을 염료층의 표면이라고 한 때에 z축 방향과 평행한 방향에서의 흡수율)로 나눈 값 혹은 염료층의 법선 방향과 평행한 선편광(도 1에서 x축과 y축에 의해 형성되는 평면을 염료층의 표면이라고 한 때에 z축 방향과 평행한 선편광)에 대한 상기 염료층의 흡수율을 염료층의 법선 방향과 수직한 방향과 평행한 선편광(도 1에서 x축과 y축에 의해 형성되는 평면을 염료층의 표면이라고 한 때에 상기 x축 또는 y축 방향과 평행한 선편광)에 대한 상기 염료층의 흡수율로 나눈 값으로 정의될 수 있다. 이러한 이색비를 확인하는 방식은 공지이며, 예를 들면 후술하는 투과율의 비율을 통해 예상할 수 있다. 상기 이색비는, 염료층에 포함되어 있는 이색성 염료의 최대 흡수 파장을 기준으로 하여 측정할 수 있으며, 일 예시에서는 약 550 nm를 기준으로 하여 측정할 수 있다. 상기 이색비의 상한은 특별한 제한은 없지만, 경사각에서의 CR 등을 고려하여 대략 25 이하 정도의 범위 내로 할 수 있다.

상기 수직 배향 염료층은 또한 상기 수직 배향 염료층의 법선 방향(도 1에서 x축과 y축에 의해 형성되는 평면을 염료층의 표면이라고 한 때에 z축 방향)에서의 투과율(T₀)과 경사각 50도 방향(도 1에서 x축과 y축에 의해 형성되는 평면을 염료층의 표면이라고 한 때에 z축 방향과 이루는 각도인

가 50도인 방향)에서의 투과율(T₅₀)의 비율(100×T₅₀/T₀)이 85% 이하일 수 있다. 상기 비율(100×T₅₀/T₀)은 다른 예시에서 대략 80% 이하, 75% 이하, 70% 이하, 65% 이하, 60% 이하 또는 55% 이하이거나, 10% 이상, 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상, 40% 이상, 45% 이상 또는 50% 이상 정도일 수 있다. 상기에서 수직 배향 염료층의 법선 방향(도 1에서 x축과 y축에 의해 형성되는 평면을 염료층의 표면이라고 한 때에 z축 방향)에서의 투과율(T₀)은, 50% 이상, 55% 이상, 60% 이상, 65% 이상, 70% 이상, 75% 이상, 80% 이상, 85% 이상, 90% 이상 또는 95% 이상이거나, 100% 이하, 95% 이하 또는 90% 이하일 수 있다. 상기 투과율 혹은 그 비율은 공지의 투과율 측정 장비, 예를 들면, Axoscan 장비를 사용하여 측정할 수 있다. 상기 투과율 혹은 그 비율은 이색성 염료의 최대 흡수 파장을 기준으로 하거나, 혹은 대략 550 nm 파장을 기준으로 측정할 수 있다.

위와 같은 최대 흡수 파장, 이색비, 투과율 및/또는 투과율 비율을 가지는 이색성 염료의 적용을 통해 LCD 등의 디스플레이 장치에서의 CR의 저하, 색감의 부적절한 이동 및 시감 저하 문제 등을 해결할 수 있다.

상기 수직 배향 염료층(게스트 호스트층)은, 상기 중합성 화합물 100 중량부 대비 대략 0.1 내지 40 중량부의 상기 이색성 염료를 포함할 수 있고, 이러한 범위에서 목적이 적합하게 달성될 수 있다. 그렇지만, 상기 이색성 염료의 함량은 본 출원의 하나의 예시이며, 구체적인 함량은 전술한 이색비, 투과율 및/또는 투과율의 비율을 만족하도록 제어될 수 있다.

수직 배향 염료층의 두께에는 특별한 제한은 없으며, 통상 1 μm 내지 20 μm의 범위 내에서 목적하는 효과가 확보되지만, 이 범위는 구체적인 적용 형태, 예를 들면, 편광판이 적용되는 디스플레이 장치의 크기 등에 따라서 조절될 수 있다.

수직 배향 염료층은 공지의 방식으로 형성할 수 있다. 예를 들면, 전술한 중합성 액정 호스트와 이색성 염료를 포함하는 코팅액 등을 적절한 배향성 표면상에 도포하고, 배향시킨 상태로 상기 중합성 액정 호스트를 중합시킴으로써, 상기 수직 배향 염료층을 형성할 수 있다. 이러한 방식에서 적용될 수 있는 상기 배향성 표면, 예를 들면, 수직 배향막 등은 공지의 구성이며, 이러한 구성을 적절하게 선택할 수 있다.

편광판은 따라서 상기 수직 배향 염료층을 지지하는 기재 필름 및/또는 상기 수직 배향 염료층의 배향을 조절한 배향막을 추가로 포함할 수 있다. 다만, 예를 들어, 상기 수직 배향 염료층을 전사 방식 등으로 편광판에 형성하는 경우에는 상기 기재 필름 및/또는 수직 배향 염료층은 포함되지 않을 수도 있다.

본 출원의 편광판은, 상기 구성을 기본적으로 가지고, 추가적인 다른 구성을 포함할 수도 있다.

예를 들면, 상기 편광판은, 위상차층을 추가로 포함할 수 있다. 상기 위상차층은, 상기 염료층의 상부 또는 하부에 위치할 수 있다. 예를 들면, 편광판에서 상기 구성들은 도 2와 같이 편광층(10), 염료층(20) 및 위상차층(30)의 순서로 배치되거나, 도 3과 같이 편광층(10), 위상차층(30) 및 염료층(20)의 순서로 배치거나, 도 4와 같이 염료층(20), 편광층(10) 및 위상차층(30)의 순서로 배치되어 있을 수 있다. 가장 효과적인 예시에서 상기 편광판은 도 4의 구조와 같이 편광층(10)의 일면에 위상차층(30)이 존재하고, 다른 면에 상기 염료층(20)이 존재하는 구조일 있으며, 이 경우 상기 염료층이 편광판이 디스플레이 장치에 적용되었을 때에 편광층, 위상차층 및 염료층 중에서 가장 외측의 시인측에 배치되는 구조가 적절할 수 있다. 따라서, 이러한 경우에 상기 위상차층의 하부에 편광판을 디스플레이 장치에 적용하기 위한 점착제층 또는 접착제층이 존재하여, 전체적인 편광판 구조는 염료층, 편광층, 위상차층 및 점착제층(또는 접착제층)의 구조일 수 있다.

상기 위상차층은 단층 구조이거나 다층 구조일 수 있고, 이 위상차층은, 이색성 염료를 포함하지 않는다.

상기 위상차층은, 하기 일반식 1 내지 7 중 어느 하나의 굴절률 관계를 만족하거나, 혹은 그러한 굴절률 관계를 만족하는 적어도 하나의 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 위상차층이 다층 구조인 경우에 다층 구조를 구성하는 개개의 층 중 어느 하나의 층 혹은 그러한 다층 구조 전체가 하기 일반식 1 내지 7 중 어느 하나의 굴절률 관계를 만족할 수 있다.

[일반식 1]

nx>ny=nz (+A 플레이트)

[일반식 2]

nx=nz>ny (-A 플레이트)

[일반식 3]

nz>nx=ny (+C 플레이트)

[일반식 4]

nx=ny>nz (-C 플레이트)

[일반식 5]

nz>nx>ny (+B 플레이트)

[일반식 6]

nx>ny>nz (-B 플레이트)

[일반식 7]

nx>nz>ny (Z축 배향 필름)

일반식 1 내지 7에서, nx, ny 및 nz는 각각 위상차층의 x축, y축 및 z축 방향의 굴절률을 의미한다. 본 출원에서 x축 방향은 지상축 방향을, y축 방향은 진상축 방향을, z축 방향은 두께 방향을 의미할 수 있다.

상기 위상차층은 하기 일반식 8 내지 10 중 어느 하나의 파장 분산성을 만족하도록 형성될 수 있다. 위상차층이 다층 구조인 경우에 해당 다층 구조를 구성하는 개개의 층이나 전체 적층 구조가 하기 일반식 8 내지 10 중 어느 하나의 파장 분산성을 만족하도록 형성될 수 있다. 하기 일반식 8은 역분산 특성으로 호칭할 수 있고, 일반식 9는 정분산 특성으로 호칭할 수 있고, 일반식 10은 플랫분산 특성으로 호칭할 수 있다.

[일반식 8]

R(450)/R(550) < R(650)/R(450)

[일반식 9]

R(450)/R(550) > R(650)/R(450)

[일반식 10]

R(450)/R(550)= R(650)/R(450)

상기에서 R(

)은 위상차층의

nm 파장의 광에 대한 면내 위상차를 의미할 수 있다. 즉, 일반식 8 내지 10에서 R(450), R(550) 및 R(650)은 각각 450 nm, 550 nm 및 650 nm의 광에 대한 면내 위상차이고, 상기 면내 위상차는 수식 A에 의해 정해진다.

하나의 예시에서, 상기 위상차층은 적어도 +C 플레이트를 포함할 수 있다. 상기 +C 플레이트의 550nm 파장에 대한 두께 방향 위상차는, 예를 들어, 10nm 내지 200nm의 범위 내일 수 있다. 이러한 두께 방향 위상차 범위 내에서, LCD에어 시야각 특성을 개선하는데 더욱 유리할 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 위상차층은 면내 위상차 값이 0nm 초과, 예를 들어, 100nm 내지 140nm의 범위 내인 위상차층을 더 포함할 수 있다. 이때, +C 플레이트에 비해, 상기 면내 위상차 값이 0nm 초과인 위상차층이 편광층에 더 가깝게 배치될 수 있다. 상기 위상차층의 지상축은 상기 편광층의 광 흡수축과 대략 80도 내지 100도 또는 대략 90도를 이룰 수 있다. 예를 들어, 상기 위상차층은 면내 위상차 값이 0nm 초과인 상기 위상차층으로서, +A 플레이트 또는 -B 플레이트를 더 포함할 수 있다. 따라서, 상기 위상차층은 +C 플레이트와 +A 플레이트의 적층체이거나 또는 +C 플레이트와 -B 플레이트의 적층체일 수 있다. 상기 +A 플레이트의 550nm 파장에 대한 면내 위상차는 80nm 내지 140nm 범위 내일 수 있다. 상기 -B 플레이트의 550nm 파장에 대한 면내 위상차는 80nm 내지 140nm 범위 내일 수 있고, 550nm 파장에 대한 두께 방향 위상차는, 예를 들어, 50nm 내지 150nm 일 수 있다. 위상차층이 이러한 위상차층을 더 포함하는 경우, LCD에어 시야각 특성을 개선하는데 더욱 효과적일 수 있다.

위상차층은 액정 필름이거나 또는 고분자 필름일 수 있다.

액정 필름인 위상차층은 상기 염료층에 대해 기술한 것과 유사하게, 중합성 또는 경화성 액정 화합물을 중합된 상태 또는 경화된 상태로 포함시킴으로써 제조할 수 있다. 하나의 예시에서, +C 플레이트는 액정 화합물을 수직 배향된 상태로 포함하는 액정필름일 수 있다. 하나의 예시에서, +A 플레이트는 액정 화합물을 수평 배향된 상태로 포함하는 액정필름일 수 있다. 다만, 염료층과 달리 위상차층인 액정 필름은, 이색성 염료를 포함하지 않는다.

고분자 필름이 경우, 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.

편광판에서 염료층, 편광층 및 위상차층은 서로 점착제 또는 접착제에 의해 부착될 수 있다. 염료층과 편광층 및 편광층과 위상차층은 각각 접착제층 또는 점착제층을 통하여 직접 부착되어 있을 수도 있고, 필요에 따라서는, 프라이머층을 추가로 포함하여 부착되어 있을 수도 있다. 상기 편광층, 염료층 및 위상차층 등을 서로 적층시키는 점착제층이나 접착제층 외에 편광판은 추가적인 점착제 또는 접착제층을 포함할 수 있다. 이러한 층에 의해 편광판을 후술하는 액정패널 등에 부착할 수 있다. 상기 점착제 또는 접착제로는, 아크릴계, 실리콘계, 고무계, 우레탄 등의 공지의 점착제 또는 접착제를 사용할 수 있다

본 출원은 또한 상기 편광판의 용도에 관한 것이다. 본 출원은 예를 들어, 상기 편광판을 포함하는 디스플레이 장치에 대한 것이다. 상기 디스플레이 장치는 액정 디스플레이(LCD)일 수 있고, 일 예시에서 면상 스위칭 모드의 액정 디스플레이(IPS LCD)일 수 있다. 도 5는 본 출원의 디스플레이 장치를 예시적으로 나타낸다. 예시적인 디스플레이 장치는 상부 편광판(100), 액정 패널(200) 및 하부 편광판(300)을 순차로 포함하고, 상기 상부 편광판은 본 출원의 상기 편광판일 수 있다. 이러한 경우에, 편광판이 상기 위상차층을 포함한다면, 그 위상차층이 상기 염료층에 비해 액정패널(200)에 더 가깝게 배치될 수 있다.

상기 액정 패널은 면상 스위칭 모드, 즉 IPS 모드의 액정 패널일 수 있다. 이러한 방식의 액정 패널의 예로는, IPS(In-plane switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 모드 또는 PLS (Plane to Line Switching) 모드의 액정 패널 등이 있다.

액정 패널은 상부 기판, 액정층 및 하부 기판을 포함할 수 있다. 상기 상부 및 하부 기판은 각각 유리 기판 또는 플라스틱 기판일 수 있다.

상기 액정 패널은 유전율 이방성이 양수 또는 음수인 액정을 액정층에 포함할 수 있다. 상기 액정층의 유전율 이방성은 목적하는 액정 패널의 모드에 따라 적절히 선택될 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 액정층은 유전율 이방성이 양수인 액정 패널을 포함할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 액정층의 면상 위상차 값은 270nm 내지 330nm이고, 두께 방향 위상차 값은 0nm 내지 -40nm일 수 있다.

상기 상부 편광판은 시인 측 편광판으로 호칭할 수 있고, 상기 하부 편광판은 배면측 편광판으로 호칭할 수 있다. 상기 하부 편광판은 편광층을 포함할 수 있다. 하부 편광판에 포함되는 편광층에 대해서는, 상기 본 출원의 편광판의 항목에서 기술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다. 하부 편광층의 일면에도 필요에 따라, 보호필름, 위상차층이 더 포함될 수 있다.

상부 편광판의 흡수축과 하부 편광판의 흡수축은 80도 내지 100도 범위 내일 수 있다. 상기 디스플레이 장치는 백라이트를 더 포함할 수 있다. 상기 백라이트는 하부 편광판의 하부에 배치될 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 액정층의 액정의 초기 배향 방향은 하부 편광층의 흡수축과 서로 평행하거나 또는 서로 직교할 수 있다. 상기 각도가 평행인 경우에 O 모드 액정 패널로 정의할 수 있고, 직교하는 경우 E 모드 액정 패널로 정의할 수 있다.

상기 액정 패널의 상부 및 하부 기판은 액정층 측으로 배향막을 더 포함할 수 있다. 상기 액정의 배향 방향은 상기 배향막에 의해 정해질 수 있다. 상기 배향막은 수평 배향막일 수 있다. 상기 배향막으로는 러빙 배향막 또는 광 배향막을 사용할 수 있다.

전술한 바와 같이 상기 편광판에서는 수직 배향 염료층이 가장 외측에 위치할 수 있고, 따라서 이러한 경우에 상기 디스플레이 장치에서 상기 상부 편광판(본 출원의 편광판)의 편광층이 수직 배향 염료층에 비해서 액정 패널에 가깝게 위치할 수 있다. 또한, 상기 상태에서 편광층과 액정 패널의 사이에 상기 위상차층이 추가로 존재할 수 있다.

상기 LCD는 시인 측에 본 출원의 편광판을 적용함으로써, 특히 경사각에서의 CR 저하 및 색감의 부적절한 이동이 방지될 수 있다. 상기 LCD를 구성하는 방식은 특별히 제한되지 않고, 상기 편광판이 사용되는 한 통상적인 방식이 적용될 수 있다.

본 출원은, IPS 모드의 LCD와 같은 디스플레이 장치에 적용되어서, 특히 경사각에서의 CR(Contrast Ratio) 저하를 방지하고, 색감 및 시감 특성을 우수하게 유지할 수 있는 편광판을 제공할 수 있다.

도 1은, 경사각과 동경각을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 4는 편광판의 구조를 예시적으로 설명하는 도면이다.
도 5는 디스플레이 장치의 구조를 예시적으로 설명하는 도면이다.

이하 실시예 및 비교예를 통하여 본 출원을 구체적으로 설명하지만 본 출원의 범위가 하기에 제한되는 것은 아니다.

1. 수직 배향 염료층의 이방 흡수 특성 평가

Axoscan 장비를 사용하여 수직 배향 염료층의 법선 투과율(Ts(0))과 경사각 50도 투과율(Ts(50)을 평가하고, 그 비율(100×Ts(50)/Ts(0))을 하기에 기재하였다. 이 때 투과율은 550 nm 파장을 기준으로 하였다.

실시예 1.

수직 배향 염료층(게스트 호스트층)의 제작

수직 배향 염료층 제조 시의 중합성 액정 호스트(RM: Reactive Mesogen)로는 중합성 네마틱 액정 화합물(RMM460, Merck社, 굴절률 이방성(550 nm 기준): 0.12)을 사용하였고, 이색성 염료로는 녹색 염료(최대 흡수 파장: 약 540 내지 570 nm의 범위 내, 제조사: 하야시바라社, 제품명: G241)를 사용하였다. 상기 중합성 액정 화합물(호스트), 상기 이색성 염료(게스트), 톨루엔 및 부틸셀로솔브를 20:2:47:31의 중량 비율로 혼합하여 코팅액을 제조하였다. 일반적인 수직 배향막이 표면에 형성된 등방성 TAC(Triacetyl cellulose) 필름의 상기 수직 배향막상에 상기 코팅액을 도포하고, 중합성 액정 화합물이 배향될 수 있도록 한 후에 자외선을 조사하여 중합성 액정 화합물을 중합시킴으로써 수직 배향 염료층을 제조하였다. 액정층의 상기 비율(100×Ts(50)/Ts(0))은 약 78.3%였다. 수직 배향 염료층의 두께는 약 1.5 μm였고, 면내 위상차는 0.1 nm 정도였다.

편광판의 제작

흡수형 선형 편광층으로서, 공지의 PVA(Poly(vinyl alcohol)) 편광 필름을 사용하였다. 또한, 위상차 필름으로서, 면내 위상차(=d×(nx-ny), d: 두께, nx: 지상축 방향 굴절률, ny: 진상축 방향 굴절률, 550 nm 파장 기준)가 대략 120 nm 정도이고, 두께 방향 위상차(=d×(nz-ny), d: 두께, nz: 두께 방향 굴절률, ny: 진상축 방향 굴절률, 550 nm 파장 기준)가 -40 nm인 COP(cyclic olefin polymer) 필름과 두께 방향 위상차(=d×(nz-ny), d: 두께, nz: 두께 방향 굴절률, ny: 진상축 방향 굴절률, 550 nm 파장 기준)가 130 nm 정도인 수직 배향 액정 필름을 준비하였다. 상기 수직 배향 염료층, PVA 편광 필름, COP 필름 및 수직 배향 액정 필름을 상기 순서로 부착하고, 상기 수직 배향 액정 필름의 하부에 점착제층을 형성하여 편광판을 제작하였다. 이 때 COP 필름의 지상축과 PVA 편광 필름의 흡수축은 서로 수직하도록 하였다.

비교예 1

수직 배향 염료층을 적용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 편광판을 제조하였다.

평가예 1. 시야각에서 블랙 시감 평가

Techwiz LCD 1D를 이용하여, IPS(In-Plane Switching) LCD에 실시예 1 또는 비교예 1의 편광판을 상부 편광판으로 적용하고, 경사각 60도의 모든 동경각(0도 내지 360도)에 대해서 블랙 상태의 색좌표를 평가하였다. 블랙 상태의 색좌표는 상기 LCD를 off 상태에 두고 측정한 색좌표이다. 이 때 실시예의 편광판은 수직 배향 염료층이 가장 외측에 위치하도록 적용하였다. 또한, 비교예의 편광판은 편광층에 비해서 수직 배향 액정 필름이 패널에 가깝게 위치하도록 적용하였다.

테스트에 적용된 IPS 액정 패널은 셀 간격(cell gap)이 대략 3.2㎛이고, 배향막의 프리틸트 각도가 대략 0도이며, 양의 유전율 이방성을 가지는 액정이 적용되고, 면내 위상차가 대략 340nm 정도인 O 모드의 IPS 액정 패널이다. 하기 표 1은 비교예 1과 실시예 1의 경사각 60도에서의 전 동경각에서의 색좌표 평가 결과이다. 상기 색좌표는 Eldim社의 EZ Contrast 장비를 이용하여 제조사의 매뉴얼에 따라 평가하였다. 표 1에 나타낸 바와 같이, 비교예 1에 비해 실시예 1이 전방위에서 색감이 개선되었음을 알 수 있다.

	색좌표
	x	Y
실시예 1	0.252	0.12
비교예 1	0.238	0.101

Claims

편광층; 상기 편광층의 일면에 위치한 수직 배향 염료층을 포함하고, 상기 염료층은 수직 배향 상태로 중합된 액정 호스트와 이색성 염료 게스트를 포함하며, 상기 이색성 염료 게스트는 450 내지 650 nm의 파장 범위 내에서 최대 흡수 파장을 나타내는 편광판.
제 1 항에 있어서, 액정 호스트는 네마틱 액정 호스트 또는 스멕틱 액정 호스트인 편광판.
제 1 항에 있어서, 수직 배향 염료층은, 면내 위상차가 0 내지 10nm의 범위 내인 편광판.
제 1 항에 있어서, 수직 배향 염료층의 법선 방향 투과율(T₀)과 경사각 50도 방향 투과율(T₅₀)의 비율(100×T₅₀/T₀)이 85% 이하인 편광판.
제 1 항에 있어서, 이색성 염료의 이색비는 5 이상인 편광판.
제 1 항에 있어서, 염료층은 액정 호스트 100 중량부 대비 0.1 내지 40 중량부의 이색성 염료 게스트를 포함하는 편광판.
제 1 항에 있어서, 수직 배향 염료층은 두께가 1㎛ 이상인 편광판.
제 1 항에 있어서, 위상차층을 추가로 포함하는 편광판.
제 8 항에 있어서, 편광층의 일면에 위상차층이 배치되고, 상기 위상차층이 배치되어 있지 않은 편광층의 다른 면에 수직 배향 염료층이 배치되어 있는 편광판.
제 8 항에 있어서, 위상차층은 +C 플레이트를 포함하는 편광판.
제 8 항에 있어서, 위상차층은 +A 플레이트 또는 -B 플레이트를 포함하는 편광판.
상부 편광판, 면내 스위칭 모드의 액정패널 및 하부 편광판을 상기 순서로 포함하고, 상기 상부 편광판이 제 1 항의 편광판인 액정 디스플레이 장치.
제 12 항에 있어서, 상부 편광판의 편광층이 수직 배향 염료층에 비해서 액정 패널에 가깝게 위치하는 액정 디스플레이 장치.
제 13 항에 있어서, 편광층과 액정 패널의 사이에 위상차층이 추가로 존재하는 액정 디스플레이 장치.