KR20210010238A - 위상차 필름, 이를 포함하는 편광판 및 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 아크릴계 수지, 스티렌계 수지 및 2-히드록시페닐-s-트리아진계 화합물을 포함하고, 특정 굴절율에 관한 식을 만족하는 위상차 필름, 및 이를 포함하는 편광판 및 표시 장치에 관한 것이다.

Description

위상차 필름, 이를 포함하는 편광판 및 표시장치{RETARDATION FILM, POLARIZING PLATE AND DISPLAY DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 위상차 필름, 이를 포함하는 편광판 및 표시장치에 관한 것이다.
액정표시장치는 음극선관 디스플레이에 비해 소비 전력이 낮고, 부피가 작고, 가벼워 휴대가 용이하기 때문에 광학 디스플레이 소자로서 보급이 확산되고 있다. 일반적으로 액정표시장치는 액정 셀의 양측에 편광판을 설치한 기본 구성을 가지며, 구동회로의 전계 인가 여부에 따라 액정 셀의 배향이 변하게 되고, 그에 따라 편광판을 통해 나온 투과광의 특성이 달라지게 됨으로써 빛의 가시화가 이루어진다. 이때 입사광의 입사 각도에 따라 빛의 경로와 복굴절성이 변화하게 되는데, 이는 액정이 두 개의 상이한 굴절률을 가지는 이방성 물질이기 때문이다.
이와 같은 특성으로 인해, 액정표시장치는 시야각(viewing angle)에 따라 상이 얼마나 뚜렷하게 보이는지를 가늠하는 척도인 콘트라스트 비(contrast ratio)가 달라지고 계조 반전(gray scale inversion) 현상이 발생하여 시인성이 떨어진다는 단점을 지닌다. 상기와 같은 단점을 극복하기 위하여 액정표시장치 장치에는 액정 셀에서 발생하는 광학 위상차를 발현시켜 주는 광학 위상차 필름이 사용되고 있다.
한편, 액정 디스플레이에 있어서 선명한 화질 및 넓은 광시야각을 확보하기 위해 다양한 액정 모드가 개발되고 있으며, 대표적으로는 Double Domain TN(Twisted Nematic), ASM(axially sy㎜etric aligned microcell), OCB(optically compensated blend), VA(vertical alig㎚ent), MVA(multidomain VA), SE(surrounding electrode), PVA(patterned VA), IPS(in-plane switching), FFS(fringe-field switching) 모드 등을 들 수 있다. 이들 각각의 모드는 고유한 액정 배열을 하고 있으며, 고유한 광학 이방성을 갖고 있다.
따라서, 이들 액정 모드의 광학 이방성으로 인한 위상차를 발현하기 위해서는 각각의 모드에 대응하는 광학 이방성의 위상차 필름이 요구된다. 특히, 특정 모드의 경우에는, 예를 들어 nx ＞ nz ＞ ny 의 굴절률 분포를 가지는 광학 필름이 사용되어야 하는데, 이때, 상기와 같은 굴절률 분포를 가지는 광학 필름은 일반적으로 일축/이축 연신 필름 단독으로는 구현이 어렵다고 알려져 있다.
따라서, 상기 굴절률 분포 조건을 만족하는 위상차 보상층을 형성하기 위해, 두 층 이상의 다층 필름 형태로 제조하는 방법이 제안되었다. 그러나, 다층 필름으로 제조하는 경우, 필름의 박형화가 어려우며, 또한 적층되는 두 층 이상의 필름의 광축이 정확하게 배치되지 않으면 원하는 위상차 특성을 나타내지 않는 등 제조가 매우 까다롭다는 문제점이 있었다.
따라서, 한 장의 필름으로 위와 같은 굴절률 분포를 가지는 광학 필름을 제조하기 위한 연구가 계속하여 진행되고 있으며, 예를 들면, 수지 필름의 편면 또는 양면에 아크릴계 점착제 등을 개재하여 수축성 필름을 부착하여 적층체를 형성하고, 상기 적층체를 연신 처리하여, 상기 연신 방향과 직교하는 방향으로 수축력을 부여하는 방법이 제안된 바 있다.
그러나, 상기와 같이 수지 필름 형태로 수축성 필름 상에 부착하여 광학 필름을 제조하는 경우, 각 층의 필름을 각각 제조해야 하고, 그 후 접착 및 건조 등의 여러 공정을 거쳐야 하기 때문에 생산 공정이 복잡하고, 제조 단가가 높으며, 제조되는 위상차 필름의 두께가 두꺼워지므로, 이를 포함하는 디스플레이 장치의 박형 경량화 추세에 부응하지 못하는 단점이 있다. 또한, 점착제 사용에 따른 얼룩, 쿠닉, 이물 혼입 등의 불량 발생률이 높은 문제점도 있다.
본 발명은, 생산 공정이 단순하고, 외관 특성이 우수하며, 균일한 투과도 및 균일한 시감을 구현할 수 있는 위상차 필름을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 위상차 필름을 포함하는 편광판 및 표시 장치를 제공한다.
본 명세서에서는, 아크릴계 수지, 스티렌계 수지 및 2-히드록시페닐-s-트리아진계 화합물을 포함하고, 하기 식 (1)을 만족하는 위상차 필름을 제공한다.
식 (1): nx > nz > ny
상기 식 (1)에 있어서,
nx는 위상차 필름 면의 지상축(Slow Axis) 방향의 굴절율이고,
ny는 위상차 필름 면의 진상축(Fast Axis) 방향의 굴절율이고,
nz는 위상차 필름의 두께 방향의 굴절율이다.
또한, 본 명세서에서는 상기 위상차 필름을 포함하는 편광판을 제공한다.
또한, 본 명세서에서는 상기 위상차 필름을 포함하는 표시 장치를 제공한다.
이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 위상차 필름, 이를 포함하는 편광판 및 표시 장치에 관하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 명세서에서, (메트)아크릴레이트는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트를 모두 포함하는 의미이다.
발명의 일 구현예에 따르면, 아크릴계 수지, 스티렌계 수지 및 2-히드록시페닐-s-트리아진계 화합물을 포함하고, 하기 식 (1)을 만족하는 위상차 필름을 제공한다.
식 (1): nx > nz > ny
상기 식 (1)에 있어서,
nx는 위상차 필름 면의 지상축(Slow Axis) 방향의 굴절율이고,
ny는 위상차 필름 면의 진상축(Fast Axis) 방향의 굴절율이고,
nz는 위상차 필름의 두께 방향의 굴절율이다.
본 발명자들은 편광판 및 표시 장치에 적용 가능한 위상차 필름에 관한 연구를 진행하여, 아크릴계 수지, 스티렌계 수지 및 2-히드록시페닐-s-트리아진계 화합물을 포함하는 위상차 필름은 nx > nz > ny 굴절률 분포를 가질 수 있을 뿐만 아니라, 외관 특성이 우수하며, 균일한 투과도 및 균일한 시감을 구현하고, 두께가 매우 얇은 위상차 필름을 제공할 수 있다는 점을 확인하고 발명을 완성하였다.
또한, 상기 위상차 필름은 상기 수지 조성물에 포함된 성분을 특정 중량비로 제어함으로 인해 상술한 굴절률 분포를 만족할 수 있으며, 이에 따라 외관 특성, 균일한 투과도 및 시감을 구현할 수 있다. 구체적으로, 상기 위상차 필름에 포함된 상기 스티렌계 수지 및 2-히드록시페닐-s-트리아진계 화합물의 중량비를 100: 30 내지 120, 100: 31 내지 100, 100:32 내지 90, 100:33 내지 80, 100:34 내지 70, 또는 100:35 내지 60로 제어할 수 있다. 상기 스티렌계 수지에 비해 상기 2-히드록시페닐-s-트리아진계 화합물의 함량이 지나치게 적은 경우 위상차 필름의 nx, ny 및 nz 값은 nx > nz > ny 관계를 만족하지 못하며, 특히, nz 값이 지나치게 커지는 문제점이 있고, 상기 2-히드록시페닐-s-트리아진계 화합물의 함량이 지나치게 많은 경우 위상차 필름의 nx, ny 및 nz 값은 nx > nz > ny 관계를 만족하지 못하며, 특히 nz값이 지나치게 작아지는 문제점이 있다.
구체적으로, 상기 일 구현예에 따른 위상차 필름은 하기 식 (1)을 만족한다.
식 (1): nx > nz > ny
상기 식 (1)에서, nx는 위상차 필름 면 방향 굴절율이 최대가 되는 방향(즉, 지상축 방향, Slow Axis)의 굴절율이고, ny는 위상차 필름 면 방향에 있어서 지상축에 수직인 방향인 방향(즉, 진상축 방향, Fast Axis)의 굴절율이며, nz는 위상차 필름의 두께 방향의 굴절율을 의미한다.
또한, 상기 nx, ny, nz는 550nm 파장의 광에서 측정된 값을 의미한다. 한편, 상기 nx, ny, nz는 당해 기술분야에 있어서 잘 알려진 공지의 방법으로 측정이 가능하며, 예를 들면, 프리즘 커플러 장비(SAIRON TECHNOLOGY社 SPA-3DR) 등을 이용하여 평균 굴절율을 측정하고, Axomatrics 社의 소스캔(Axoscan)으로 복굴절을 측정하여, nx, ny, nz를 각각 계산할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 위상차 필름은 아크릴계 수지, 스티렌계 수지 및 및 2-히드록시페닐-s-트리아진계 화합물을 특정 함량으로 포함함으로 인해 nx > nz > ny를 만족할 수 있고, 구체적으로, 상기 위상차 필름에 스티렌계 수지 및 2-히드록시페닐-s-트리아진계 화합물이 100: 30 내지 120, 100: 31 내지 100, 100:32 내지 90, 100:33 내지 80, 100:34 내지 70, 또는 100:35 내지 60의 중량비로 포함됨으로 인해, 굴절률이 nx > nz > ny를 만족할 수 있다. 상기 위상차 필름이 nx > nz > ny를 만족하는 경우 IPS(In-Plane Switching) 모드 위상차 필름으로 유용하게 사용될 수 있다.
한편, 상기 위상차 필름은 상기 식(1)을 만족함과 동시에, 하기 식 (2)를 만족할 수 있다.
식 (2): 40nm ≤ Rin(550) ≤ 400nm
상기 식 (2)에 있어서, Rin(550)은 파장 550nm에서 측정한 필름의 면방향 위상차 값을 의미하는 것으로, 면 방향 위상차 값 Rin=(nx-ny)Хd에 의해 구해진다. 이때, 상기 nx 및 ny는 상기한 바와 동일하며, d는 위상차 필름의 두께를 의미한다. 한편, 상기 Rin은 당해 기술분야에 있어서 잘 알려진 공지의 방법으로 측정이 가능하며, 예를 들면, Axomatrics社의 Axoscan 장비를 이용하여 측정할 수 있다.
또한, 상기 Rin(550)은 41 내지 350nm, 43 내지 300nm, 45 내지 250nm, 47 내지 200nm, 또는 47 내지 150nm일 수 있다.
또한, 상기 위상차 필름은 상기 식 (1) 및 (2)를 만족함과 동시에, 하기 식 (3)을 만족할 수 있다.
식 (3): 0nm ≤ Rth(550) ≤ 200nm
상기 식 (3)에 있어서, Rth(550)는 파장 550nm에서 측정한 필름의 두께 방향 위상차 값을 의미하는 것으로, 두께 방향 위상차 값 Rth=(nz-ny)Хd에 의해 구해진다. 이때, 상기 ny, nz및 d는 상기한 바와 동일하다. 한편, 상기 Rth은 당해 기술분야에 있어서 잘 알려진 공지의 방법으로 측정이 가능하며, 예를 들면, Axomatrics社의 Axoscan 장비를 이용하여 측정할 수 있다.
또한, 상기 Rth(550)은 0 내지 150nm, 1 내지 100nm, 2 내지 80nm, 3 내지 60nm, 또는 4 내지 40nm일 수 있다.
또한, 상기 위상차 필름은 상기 식 (1) 내지 (3)을 만족함과 동시에, 하기 식 (4)을 만족할 수 있다.
식 (4): 0 ≤ Nz < 1
상기 식 (4)에 있어서, Nz는 Rin과 Rth의 비율, 구체적으로 Rin에 대한 Rin 및 Rth의 차(Rin - Rth)의 비율을 의미하며, 보다 구체적으로 상기 Nz는 Nz=(nx-nz)/(nx-ny) 에 의해 구해진다. 이때, nx, ny 및 nz는 상기한 바와 동일하다. 한편, 상기 Nz는 상술한 nx, ny, nz 값을 대입하여 구하거나, Axometrics 사제 제품명 「AxoScan」를 이용해 측정된 Rin 및 Rth을 이용하여 구할 수 있다. 이때, Rin 및 Rth는 파장 550nm에서 측정된 위상차 값일 수 있다.
또한, 상기 Nz는 0.1 내지 0.99, 0.2 내지 0.98, 0.3 내지 0.97, 0.4 내지 0.96 또는 0.5 내지 0.95일 수 있다.
상기 위상차 필름은 부의 복굴절성 물질과 정의 복굴절성 물질을 포함하며, 구체적으로, 상기 부의 복굴절성 물질로 아크릴계 수지 및 스티렌계 수지를 포함하고, 상기 정의 복굴절성 물질로 2-히드록시페닐-s-트리아진계 화합물을 포함할 수 있다.
상기 부의 복굴절성 물질은 연신 후(배향 후), 연신 방향에 수직한 방향으로 광축을 발현하는 물질을 의미하며, 코팅 또는 제막만 할 경우(연신 전), nz > nx = ny의 굴절률 분포를 발현하는 물질을 의미한다. 상기 정의 복굴절성 물질은 연신 후(배향 후), 연신 방향과 평행한 방향으로 광축을 발현하는 물질을 의미하며, 코팅만 할 경우(연신 전), nx = ny > nz의 굴절률 분포를 발현하는 물질을 의미한다.
상기 아크릴계 수지는 수분에 의한 치수변화량이 작아 내열 및 내습 조건에서 필름의 변형이 적으며, 이를 포함하는 위상차 필름을 평광판 등에 포함하는 경우 별도의 처리 없이도 수분이 편광소자에 침투되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 상기 아크릴계 수지를 상기 스티렌계 수지 및 2-히드록시페닐-s-트리아진계 화합물과 함께 혼합하여 사용함으로써, 연신에 의해 상기 식 (1) 내지 (4)를 효과적으로 만족할 수 있다.
이때, 상기 아크릴계 수지는 (메트)아크릴계 단량체를 주성분으로 포함하는 것으로, (메트)아크릴계 단량체로 이루어진 호모폴리머 수지뿐 아니라 (메트)아크릴계 단량체 이외에 다른 단량체가 공중합된 공중합체 수지를 포함할 수 있다. 또한, 상기 (메트)아크릴계 단량체는 아크릴레이트 및 메타크릴레이트 뿐만 아니라 아크릴레이트 및 메타크릴레이트의 유도체를 포함할 수 있고, 구체적으로, 상기 (메트)아크릴계 단량체는 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 프로필 메타크릴레이트, n-부틸 메타크릴레이트, t-부틸 메타크릴레이트, 시클로헥실 메타크릴레이트, 페닐 메타크릴레이트, 벤질메타크릴레이트, 메톡시에틸 메타크릴레이트, 에톡시에틸 메타크릴레이트, 부톡시메틸 메타크릴레이트, 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 프로필 아크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트, t-부틸 아크릴레이트, 시클로헥실아크릴레이트, 페닐 아크릴레이트, 벤질 아크릴레이트, 메톡시에틸 아크릴레이트, 에톡시에틸 아크릴레이트, 부톡시 메틸 아크릴레이트 또는 이들의 올리고머 등 일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
구체적으로, 상기 아크릴계 수지는 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 폴리아크릴레이트이면 특별한 제한 없이 사용이 가능하나, 예를 들어, 폴리메틸메타크릴레이트 수지, 폴리메틸아크릴레이트 수지, 폴리에틸메타크릴레이트 수지 및 폴리에틸아크릴레이트 수지로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 아크릴계 수지는 중량평균분자량 50,000 내지 250,000, 80,000 내지 200,000 또는 100,000 내지 150,000이고, 수평균분자량이 20,000 내지 100,000, 30,000 내지 90,000, 또는 40,000 내지 80,000이고, 분자량 분포(Mw/Mn)가 1 내지 5, 1.5 내지 4, 또는 2 내지 3이고, 유리 전이 온도가 100 내지 140℃, 110 내지 135℃, 또는 120 내지 135℃이다.
한편, 상기 스티렌계 수지는 상기 위상차 필름에 포함되어 부의 위상차 부여 및 유리전이온도 상승시킬 수 있다.
또한, 상기 스리렌계 수지는 스티렌계 단량체를 주 성분으로 포함하는 것이면 특별히 제한 없이 사용할 수 있다. 이때, 상기 스티렌계 단량체의 예로는, 이로써 한정되는 것은 아니나, 스티렌, α-메틸스티렌, 3-메틸스티렌, 4-메틸스티렌, 2,4-디메틸스티렌, 2,5-디메틸스티렌, 2-메틸-4-클로로스티렌, 2,4,6-트리메틸스티렌, cis-β-메틸스티렌, trans-β-메틸스티렌, 4-메틸-α-메틸스티렌, 4-플루오르-α-메틸스티렌, 4-클로로-α-메틸스티렌, 4-브로모-α-메틸스티렌, 4-t-부틸스티렌, 2-플루오르스티렌, 3-플루오르스티렌, 4-플루오로스티렌, 2,4-디플루오로스티렌, 2,3,4,5,6-펜타플루오로스티렌, 2-클로로스티렌, 3-클로로스티렌, 4-클로로스티렌, 2,4-디클로로스티렌, 2,6-디클로로스티렌, 옥타클로로스티렌, 2-브로모스티렌, 3-브로모스티렌, 4-브로모스티렌, 2,4-디브로모스티렌, α-브로모스티렌, β-브로모스티렌, 2-하이드록시스티렌 및 4-하이드록시스티렌으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
한편, 상기 스티렌계 수지 총량에서 스티렌 모노머의 함량은 50중량% 이상, 50 내지 99중량%, 55 내지 95중량%, 60 내지 90중량%, 65 내지 85중량%일 수 있다. 상기 스티렌계 수지 총량에서 스티렌 모노머의 함량이 지나치게 적으면 nz 발현이 저하되는 문제점이 있다.
구체적으로, 상기 스트렌계 수지는 이로써 한정되는 것은 아니나, 예를 들어, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체 수지, 스티렌-말레산 무수물 공중합체, α-메틸스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, N-페닐 말레이미드-α-메틸스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, N-페닐 말레이미드-스티렌-아크릴로니트릴 공중합체 및 N-페닐 말레이미드-α-메틸스티렌-아크릴로니트릴로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 스티렌계 수지는 중량평균분자량 20,000 내지 200,000, 50,000 내지 190,000, 또는 70,000 내지 185,000이고, 수평균분자량이 10,000 내지 80,000, 20,000 내지 70,000, 또는 25,000 내지 65,000이고, 분자량 분포가 1 내지 5, 1.5 내지 4.5, 또는 2 내지 4이고, 유리 전이 온도가 120 내지 160℃, 125 내지 165℃, 또는 135 내지 165℃이다.
상기 위상차 필름에 포함되는 부의 복굴절성 물질인 상기 아크릴계 수지 및 스티렌계 수지의 중량비는 2:8 내지 9:1, 5:5 내지 9:1, 또는 6:4 내지 9.5:0.5일 수 있다. 상기 스티렌계 수지가 상기 범위보다 적게 포함되는 경우 위상차 발현 특성이 떨어지는 문제가 발생할 수 있고, 상기 범위보다 많이 포함되는 경우 유리 전이 온도가 낮아져 내열성 등이 저하되는 문제가 발생할 수 있으며, 또한 위상차 발현 특성이 너무 커져 원하는 수준의 위상차 특성 발현을 위하여 필름이 지나치게 얇아져야 하는바 핸들링이 어려워지는 문제가 발생할 수 있다.
상기 일 구현예에 따른 위상차 필름에는 2-히드록시페닐-s-트리아진계 화합물을 포함할 수 있다. 상기 2-히드록시페닐-s-트리아진계 화합물은 이에 포함된 방향족 고리구조로 인해 상기 위상차 필름에서 정의 위상차 부여할 수 있다.
구체적으로, 상기 2-히드록시페닐-s-트리아진계 화합물은 알콕시기가 치환된 히드록시페닐을 포함할 수 있으며, 특히, 상기 알콕시기가 치환된 히드록시페닐을 1개 포함할 수 있다. 만일, 상기 2-히드록시페닐-s-트리아진계 화합물이, 알콕시기가 치환된 히드록시페닐을 2개 이상 포함하는 경우, 상기 위상차 필름이 nx > nz > ny 굴절률 분포를 가질 수 없을 뿐만 아니라, 외관 특성이 저하되고, 균일한 투과도 및 균일한 시감을 구현하기 어려울 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 2-히드록시페닐-s-트리아진계 화합물은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서,
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 탄소수 6 내지 60의 아릴이고,
R은 탄소수 1 내지 60의 알킬이다.
구체적으로, 상기 Ar1 및 Ar2는 페닐일 수 있으며,
R은 탄소수 5 내지 15의 분지쇄 알킬일 수 있다.
예를 들어, 상기 2-히드록시페닐-s-트리아진계 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00002
또한, 상술한 바와 같이, 상기 위상차 필름은 상기 스티렌계 수지 및 2-히드록시페닐-s-트리아진계 화합물의 중량비를 100: 30 내지 120, 100: 31 내지 100, 100:32 내지 90, 100:33 내지 80, 100:34 내지 70, 또는 100:35 내지 60로 포함할 수 있다. 이러한 중량비로 포함됨으로 인해 굴절률이 nx > nz > ny를 만족할 수 있다.
한편, 상기 위상차 필름은 두께가 10 내지 100㎛, 20 내지 90㎛, 30 내지 80㎛, 또는 40 내지 70㎛일 수 있다. 상기 위상차 필름의 두께가 지나치게 얇은 경우 필름이 휘는 컬 문제가 발생할 수 있고, 두께가 지나치게 얇은 경우 원하는 위상차가 충분히 구현되기 어렵다.
상기 위상차 필름은 유리 전이 온도(Tg)가 100 내지 150℃, 105 내지 140℃, 110 내지 135℃, 또는 120 내지 130℃일 수 있다. 이러한 유리 전이 온도 범위를 만족하는 위상차 필름은 내열성이 우수할 수 있다. 유리전이온도의 측정 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 유리전이온도는 시차주사형 열량계(DSC)에 의해 측정될 수 있다.
상기 위상차 필름은 투습도가 150 g/m2·day 이하, 0.1 내지 130 g/m2·day 또는 0.1 내지 110 g/m2·day 일 수 있다. 이러한 투습도 범위를 만족하는 위상차 필름은 수분에 의한 치수 변화량이 작아 내열 및 내습 조건에서 필름의 변형이 적으며, 또한 편광판 등에 부착되어 사용하는 경우 별도의 처리 없이도 수분이 편광소자에 침투되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 투습도의 측정 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예컨대, 온도 40℃, 상대 습도 90%의 조건에서 하루 동안 필름을 투과하는 수분의 무게를 측정하는 방법으로 측정할 수 있다.
한편, 상기 위상차 필름은 1축 연신된 필름 또는 2축 연신된 필름일 수 있다. 구체적으로, 상기 아크릴계 수지, 스티렌계 수지 및 2-히드록시페닐-s-트리아진계 화합물을 포함하는 조성물로 제조된 필름을, 1축 연신 처리한 위상차 필름일 수 있고, 또한 상기 조성물로 제조된 필름을 2축 연신 처리한 위상차 필름일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 위상차 필름은 2축 연신 처리한 위상차 필름일 수 있으며, 이때, 일 방향의 연신비 및 상기 일 방향과 수직하는 방향의 연신비의 비율이 1:1 내지 3, 1:1.5 내지 2.5, 또는 1:1.8 내지 2.2일 수 있다. 상기 일 방향과 일 방향과 수직하는 방향은 각각 독립적으로 길이 방향(MD) 및 폭 방향(TD)일 수 있으나, 보다 구체적으로, 상기 일 방향은 길이 방향(MD)이고, 상기 일 방향과 수직하는 방향은 폭 방향(TD)일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 길이 방향(MD)의 연신비는 0.5 내지 2배 또는 1 내지 1.5 배일 수 있고, 상기 폭 방향(TD)의 연신비는 2 내지 3.5배 내지 2.5 내지 3배 일 수 있다. 한편, 상기 일 방향과 수직하는 방향의 연신비의 비율이 상술한 범위를 만족함으로 인해, 표시 장치의 위상차 필름으로 사용하기에 매우 적합한 위상차 값을 가질 수 있다.
한편, 상기 일 구현예의 위상차 필름의 제조 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 상기 아크릴계 수지, 스티렌계 수지 및 2-히드록시페닐-s-트리아진계 화합물을 혼합하여 수지 조성물을 제조한 후 이를 필름 성형하고, 연신하는 방법에 의해 제조될 수 있다.
상기 수지 조성물은 예를 들어, 옴니 믹서 등 임의의 적절한 혼합기로 상기 필름 원료를 프리블렌드한 후 얻어진 혼합물을 압출 혼련하여 제조할 수 있다. 이 경우, 압출 혼련에 이용되는 혼합기는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 단축 압출기, 2축 압출기 등의 압출기나 가압 니더(Kneader) 등 임의의 적절한 혼합기를 이용할 수 있다.
상기 필름 성형의 방법으로서는, 예를 들어 용액 캐스트법(용액 유연법), 용융 압출법, 캘린더법, 압축 성형법 등 임의의 적절한 필름 성형법을 들 수 있다. 보다 구체적으로, 이들 필름 성형법 중 용액 캐스트 법(용액 유연법), 용융 압출법일 수 있다.
상기 용액 캐스트법(용액 유연법)에 이용되는 용매는 예를 들어 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등의 방향족 탄화수소류; 시클로헥산, 데칼린 등의 지방족 탄화수소류; 아세트산에틸, 아세트산부틸 등의 에스테르류; 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤 등의 케톤류; 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 이소부탄올, 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 부틸셀로솔브 등의 알코올류; 테트라하이드로푸란, 디옥산 등의 에테르류; 디클로로메탄, 클로로포름, 사염화탄소 등의 할로겐화 탄화수소류; 디메틸포름아미드; 디메틸술폭시드 등을 들 수 있다. 이들 용매는 단독으로 이용해도 되고 2종 이상을 병용할 수 있다.
상기 용액 캐스트법(용액 유연법)을 실시하기 위한 장치로는 예를 들어 드럼식 캐스팅 머신, 밴드식 캐스팅 머신, 스핀 코터 등을 들 수 있다. 한편, 상기 용융 압출법으로는 예를 들어, T 다이법, 인플레이션법 등을 들 수 있고, 성형 온도는 150 내지 350℃, 또는 200 내지 300℃일 수 있다.
상기 T 다이법으로 필름을 성형하는 경우에는, 공지된 단축 압출기나 2축 압출기의 선단부에 T 다이를 장착하고, 필름 형상으로 압출된 필름을 권취하여 롤 형상의 필름을 얻을 수 있다.
상기와 같은 과정을 통해 필름이 제막된 후, 상기 필름을 연신할 수 있다. 이때, 연신 공정은 길이 방향(MD) 연신, 폭 방향 (TD) 연신을 각각 수행할 수도 있고, 모두 수행할 수도 있다. 또한, 길이 방향 연신과 폭 방향 연신을 모두 수행하는 경우에, 어느 한쪽을 먼저 연신한 후에 다른 방향으로 연신할 수도 있고, 두 방향을 동시에 연신할 수도 있다. 또한, 상기 연신은 한 단계로 수행할 수도 있고, 다단계에 걸쳐 이루어질 수도 있다. 길이 방향 연신의 경우, 롤 사이의 속도 차에 의한 연신을 수행할 수 있으며, 폭 방향 연신의 경우 텐타를 사용할 수 있다. 텐타의 레일 개시각은 통상 10도 이내로 하여, 폭 방향 연신시에 생기는 보잉(Bowing) 현상을 억제하고 광학 축의 각도를 규칙적으로 제어한다. 폭 방향 연신을 다단계로 수행할 경우에도 보잉 억제 효과를 얻을 수 있다.
연신 온도는, 필름 원료인 상기 수지 조성물의 유리 전이 온도 근처의 범위인 것이 바람직하고, 상기 수지 조성물의 유리전이온도를 Tg라 할 때, 예를 들어, (Tg-30℃) 내지 (Tg+100℃), 또는 (Tg-20℃) 내지 (Tg+80℃)의 범위 내일 수 있다. 연신 온도가 (Tg-30℃) 미만이면 충분한 연신 배율이 얻어지지 않을 수 있고, (Tg+100℃)를 초과하면 수지 조성물의 유동(플로우)이 일어나, 안정적인 연신을 실시하지 못할 수 있다. 또한, 연신 속도는 소형 연신기(universal testing machine, Zwick/Roell Z010)의 경우는 1 내지 100m/min의 범위 내에서, 그리고 파일로트 연신 장비의 경우는 0.1 내지 2m/min의 범위 내에서 연신 조작을 행할 수 있다. 나아가, 상기 연신 공정의 연신비는 상술한 위상차 필름에서 기재한 바와 같다.
상기 위상차 필름은 이의 광학적 등방성이나 기계적 특성을 안정화시키기 위하여, 연신 처리 후에 열처리(어닐링) 등을 실시할 수 있다. 열처리 조건은 특히 제한되지 않으며 해당 기술분야에서 통상의 기술자에게 알려진 임의의 적절한 조건을 채용할 수 있다.
발명의 다른 구현예에 따른 상기 위상차 필름을 포함하는 편광판을 제공한다.
상기 편광판은 상기 위상차 필름을 1층 또는 2층 이상 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 위상차 필름은 편광자의 일면 또는 양면에 직접 부착되거나, 편광자의 양면에 보호 필름이 부착된 편광판의 보호 필름 상에 부착되어, 위상차 필름으로 사용될 수 있다.
상기 위상차 필름을 편광자의 일면 또는 양면에 직접 부착시키는 경우, 예를 들어, 그 구조는 상 보호필름/편광자/위상차 필름 또는 위상차 필름/편광자/하 보호필름일 수 있다. 그 부착 방법은, 롤 코터, 그라비어 코터, 바코터, 나이프 코터, 캐필러리 코터, 또는 마이크로 챔버 닥터 블레이드(Micro Chamber Doctor blade) 코터 등을 사용하여 위상차 필름 또는 편광자의 표면에 프라이머를 코팅한 후, 점적방식으로 접착제를 뿌리고, 위상차 필름과 편광자를 포함하는 적층체를 합지 롤로 가열 합지하는 방법, 상온 압착하여 합지하는 방법, 또는 UV 경화하는 방법에 의해 수행될 수 있다.
예를 들어, 수계 접착제를 이용해 편광자의 일면 또는 양면에 위상차 필름을 직접 부착시키는 경우, 위상차 필름의 표면에 바 코터 방식에 의해 폴리우레탄디아민(Polyurethanediamine) 계열의 프라이머를 코팅한 후, 상기 위상차 필름과 편광자 사이에 접착제를 점적 방식으로 뿌리고, 상기 위상차 필름과 편광자의 적층체를 합지 롤로 가열 합지하거나, 상온 압착하여 합지하는 방법에 의해 수행될 수 있다. 또한, UV 경화형 접착제를 이용해 편광자의 일면 또는 양면에 위상차 필름을 직접 부착시키는 경우, 위상차 필름의 표면에 마이크로 챔버 닥터 블레이드 코터에 의해 프라이머를 코팅한 후, 위상차 필름과 편광자 사이에 접착제를 점적 방식으로 뿌리고, 합지한 후, UV 경화하는 방법에 의해 수행될 수 있다.
한편, 상기 편광판의 보호필름 상에 상기 위상차 필름을 부착하는 경우, 예를 들어, 그 구조는 상 보호필름/편광자/하 보호필름/위상차 필름 또는 위상차 필름/상 보호필름/편광자/하 보호필름일 수 있다. 이때, 상기 보호필름과 위상차 필름은 점착층 및/또는 접착층을 통해 부착될 수 있다. 그 부착 방법은, 예를 들어, 롤코터, 그라비어 코터, 바 코터, 나이프 코터 또는 캐필러리 코터 등을 사용하여 위상차 필름 또는 보호필름의 표면에 접착제를 코팅한 후, 위상차 필름 및 보호필름을 포함하는 적층체를 합지 롤로 가열 합지하거나, 상온 압착하여 합지하는 방법에 의해 수행될 수 있다.
한편, 상기 접착제로는 당해 기술분야에서 사용되는 접착제들, 예를 들면, 폴리비닐알코올계 접착제, 폴리우레탄계 접착제, 아크릴계 접착제 등을 제한 없이 사용할 수 있다. 또한, 상기 점착층 또한 당해 기술분야에서 사용되는 것이면 어떤 것이라도 제한되지 않는다.
또한, 상기 편광판은, 1층의 위상차 필름, 또는 2층 이상의 위상차 필름을 포함할 수 있으나, 위상차 필름의 Nz 값에 따라 필요한 위상차 필름이 1층일 수 있다. 예를 들어, 위상차 필름의 Nz 값이 대략 0.5이면 1층의 위상차 필름만을 사용할 수 있다.
발명의 또 다른 구현예에 따른 상기 위상차 필름을 포함하는 표시 장치를 제공한다. 이때, 상기 표시장치는 액정표시장치, 플라즈마 디스플레이, 유기발광소자 등일 수 있으며, 특히, IPS(In-Plane Switching) 모드 액정표시장치에 적합할 수 있다.
이때, 상기 액정표시장치는 액정 셀 및 상기 액정 셀의 양면에 각각 구비된 제 1 편광판 및 제 2 편광판을 포함하는 것일 수 있으며, 상기 위상차 필름은 상기 액정 셀과 상기 제 1 편광판 및/또는 제 2 편광판 사이에 구비될 수 있다. 즉, 제 1 편광판과 액정 셀 사이에 위상차 필름이 구비될 수 있고, 제 2 편광판과 액정 셀 사이에, 또는 제 1 편광판과 액정 셀 사이와 제 2 편광판과 액정 셀 사이 모두에 위상차 필름이 하나 또는 2 이상 구비될 수 있다.
본 발명에 따르면, 비교적 생산 공정이 단순하고, 별도의 점착제를 사용할 필요가 없으므로 얼룩, 쿠닉, 이물 혼입 등의 불량 발생률을 현저히 저감될 수 있으며, 그 결과 외관 특성이 우수하며, 균일한 투과도 및 균일한 시감을 구현하고, nx > nz > ny 굴절률 분포를 가지는 위상차 필름, 이를 포함하는 편광판 및 표시 장치가 제공될 수 있다.
이하, 발명의 구체적인 실시예를 통해, 발명의 작용 및 효과를 보다 상술하기로 한다. 다만, 이러한 실시예는 발명의 예시로 제시된 것에 불과하며, 이에 의해 발명의 권리범위가 정해지는 것은 아니다.
실시예 1
폴리메틸메타크릴레이트 수지(제품명: M100, LGMMA社 제품, 중량평균분자량 110,000, 수평균분자량 54,000, 분자량분포 2) 66 중량%에 스티렌-말레산 무수물 공중합체 수지(제품명: R200, Denka社 제품) 25 중량% 및 2-히드록시페닐-s-트리아진계 화합물 (제품명: T1600, Basf社 제품) 9 중량%를 포함하는 수지 조성물을 핸드 믹싱하여 압출기에 넣고 용융 혼련하여 두께 200㎛의 원단 필름을 제조하였다.
이 필름을 UTM(Universal Testing Machine Z010, Zwick/Roell 제품)에 서 126℃ 온도로 승온 후 MD 방향으로 1.3배 연신하고, TD 방향으로 2.8배 연신하여 두께 50㎛의 위상차 필름을 제조하였다.
실시예 2, 3 및 비교예 1 내지 3
폴리메틸메타크릴레이트 수지, 스티렌-말레산 무수물 공중합체 수지 및 2-히드록시페닐-s-트리아진계 화합물을 하기 표 1에 기재된 함량으로 사용하고, 연신온도 및 연신비(MD/TD)를 하기 표 1에 기재된 연신 조건으로 제어하였다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 위상차 필름을 제조하였다.
실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2 비교예3
수지
조성물
(단위: 중량%)		 폴리메틸메타크릴레이트 수지 66 68 73 78 59 70
스티렌-말레산 무수물 공중합체 수지 25 23 18 9 32 30
2-히드록시페닐-s-트리아진계 화합물 9 9 9 13 9 -
연신
조건		 연신온도 (℃) 126 126 126 124 126 130
연신비(MD, 배) 1.3 1.3 1.3 1.4 1.3 1.35
연신비(TD, 배) 2.8 2.7 2.5 2.5 2.5 3.0
실험예 : 위상차 필름의 물성 측정
1. 유리 전이 온도( Tg ) 측정
실시예 및 비교예에서 제조한 수지 조성물에 대해, TA Instrument사의 시차주사열량체(DSC) DSC-2500를 이용하여 25 내지 160℃의 온도범위를, 10℃/min으로 가열-냉각-가열하여, 두 번째 가열시 유리 전이 온도를 얻고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
2. 평균 굴절율 , 위상차 , Nz 및 방향별 굴절율 ( n x , n y 및 n z ) 측정
실시예 및 비교예에서 제조한 위상차 필름에 대해, 프리즘 커플러 장비(SAIRON TECHNOLOGY社 SPA-3DR)를 이용하여 평균 굴절율 측정하였다.
이후, 상기 위상차 필름에 대해, 엑소메트릭스(Axometrics)사의 엑소스캔(Axoscan) 장비를 사용하여, 파장 550nm에서 측정한 필름의 면방향 위상차 값(Rin(550)), 두께 방향 위상차 값(Rth(550)), Nz 값, 및 방향별 굴절율(nx, ny 및 nz) 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2 비교예3
유리 전이 온도 (℃) 121 121 121 119 121 123
평균 굴절율 1.55 1.55 1.54 1.54 1.55 1.53
Rin(550, nm) 47.8 55.1 62.8 187.9 23.2 119.0
Rth(550, nm) 20.0 20.8 3.2 -3.1 38.5 177.5
nx/ny/nz 1.54951/
1.54903/
1.54923		 1.54944/
1.54889/
1.54910		 1.53861/
1.53798/
1.53801		 1.53994/
1.53806/
1.53803		 1.54915/
1.54892/
1.54931		 1.53152/
1.53033/
1.53211
Nz 0.583 0.623 0.950 1.016 -0.659 -0.492
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 3의 위상차 필름의 nx, ny 및 nz 값은 nx > nz > ny 관계를 만족하며, Rin(550), Rth(550), 및 Nz가 식 (2) 내지 (4)를 만족함으로 인해 표시 장치의 위상차 필름으로 사용하기에 매우 적합한 위상차 값을 가진다는 점을 확인했다.
반면, 비교예 1 내지 3의 위상차 필름의 nx, ny 및 nz 값은 nx > nz > ny 관계를 만족하지 못하며, Rin(550), Rth(550), 및/또는 Nz가 식 (2) 내지 (4)를 만족하지 못함으로 인해 표시 장치의 위상차 필름으로 사용하기에 적합하지 않다는 점을 확인했다.

Claims (16)

  1. 아크릴계 수지, 스티렌계 수지 및 2-히드록시페닐-s-트리아진계 화합물을 포함하고,
    하기 식 (1)을 만족하는 위상차 필름:
    식 (1): nx > nz > ny
    상기 식 (1)에 있어서,
    nx는 위상차 필름 면의 지상축(Slow Axis) 방향의 굴절율이고,
    ny는 위상차 필름 면의 진상축(Fast Axis) 방향의 굴절율이고,
    nz는 위상차 필름의 두께 방향의 굴절율이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스티렌계 수지 및 2-히드록시페닐-s-트리아진계 화합물의 중량비는 100: 30 내지 120인 위상차 필름.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 위상차 필름은 하기 식 (2) 및 식 (3)을 만족하는 위상차 필름:
    식 (2): 40nm ≤ Rin(550) ≤ 400nm
    상기 식 (2)에 있어서, Rin(550)은 파장 550nm에서 측정한 필름의 면방향 위상차 값이고,
    식 (3): 0nm ≤ Rth(550) ≤ 200nm
    상기 식 (3)에 있어서, Rth(550)는 파장 550nm에서 측정한 필름의 두께 방향 위상차 값이다.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 위상차 필름은 하기 식 (4)를 만족하는 위상차 필름:
    식 (4): 0 ≤ Nz < 1
    상기 식 (4)에 있어서,
    Nz는 (nx-nz)/(nx-ny)이고,
    nx, ny 및 nz에 대한 설명은 제1항에서 정의한 바와 같다.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 아크릴계 수지 폴리메틸메타크릴레이트 수지, 폴리메틸아크릴레이트 수지, 폴리에틸메타크릴레이트 수지 및 폴리에틸아크릴레이트 수지로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 위상차 필름.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스티렌계 수지는 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체 수지, 스티렌-말레산 무수물 공중합체, α-메틸스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, N-페닐 말레이미드-α-메틸스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, N-페닐 말레이미드-스티렌-아크릴로니트릴 공중합체 및 N-페닐 말레이미드-α-메틸스티렌-아크릴로니트릴로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 위상차 필름.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 아크릴계 수지 및 스티렌계 수지의 중량비는 2:8 내지 9:1인 위상차 필름.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 스티렌계 수지 총량에서 스티렌 모노머의 함량은 50중량% 이상인 위상차 필름.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 2-히드록시페닐-s-트리아진계 화합물은 알콕시기가 치환된 히드록시페닐을 1개 포함하는, 위상차 필름.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 2-히드록시페닐-s-트리아진계 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 위상차 필름:
    [화학식 1]
    Figure pat00003

    상기 화학식 1에서,
    Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 탄소수 6 내지 60의 아릴이고,
    R은 탄소수 1 내지 60의 알킬이다.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 위상차 필름은 두께가 10 내지 100㎛인 위상차 필름.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 위상차 필름은 유리 전이 온도(Tg)가 100 내지 150℃인 위상차 필름.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 위상차 필름은 2축 연신된 필름인 위상차 필름.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 위상차 필름은 일 방향의 연신비 및 상기 일 방향과 수직하는 방향의 연신비의 비율이 1:1 내지 3인 위상차 필름
  15. 제1항에 따른 위상차 필름을 포함하는 편광판.
  16. 제1항에 따른 위상차 필름을 포함하는 표시 장치.
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