KR20210114302A - 편광판 및 이를 포함하는 광학표시장치 - Google Patents

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Abstract

편광자 및 편광자의 적어도 일면에 형성된 보호 필름을 포함하고, 상기 편광자는 적어도 일 부분에 편광 해소 영역을 구비하고, 상기 편광자는 식 1의 결정화도 비율이 60% 이상인 것인, 편광판 및 이를 포함하는 광학표시장치가 제공된다.

Description

편광판 및 이를 포함하는 광학표시장치{POLARIZING PLATE AND OPTICAL DISPLAY APPARATUS COMPRISING THE SAME}
본 발명은 편광판 및 이를 포함하는 광학표시장치에 관한 것이다.
편광판은 영상을 보여주는 표시장치뿐만 아니라 카메라 등을 통해 외부 영상을 촬영하는 표시장치에도 적용될 수 있다. 표시장치는 액정표시장치, 유기발광소자 표시장치 등이 될 수 있다.
이를 위해, 편광판은 편광판의 기본적인 기능인 편광 기능을 갖는 편광 영역과 카메라 등을 위한 편광 해소 영역의 서로 상반된 기능을 갖는 영역을 동시에 구비해야 한다. 편광판에서는 편광 영역과 편광 해소 영역이 서로 분리되어 형성되기보다는 연속적으로 형성됨으로써 하나의 단일한 편광판 내에서 편광 영역과 편광 해소 영역이 공존할 수 밖에 없다.
편광판에서 편광 해소 영역을 형성하는 방법은 알칼리 용액 등을 이용한 화학적 방법, 물리적 방법, 또는 펨토초나 피코초 레이저 조사 등을 이용한 광학적 방법 등이 고려되고 있다. 그런데, 기존에 알려진 상술한 방법에 의해 형성된 편광 해소 영역은 편광 영역 대비 내구성이 떨어지거나 편광 해소 영역에 불규칙적인 요철이 형성되는 문제점이 있다. 편광 해소 영역은 편광 영역과 분리되지 못하고 연속적으로 형성되어 있으며 편광 해소 영역은 편광 영역 대비 상대적으로 면적이 작다. 따라서, 편광판에서 편광 해소 영역 단독의 내구성을 개선하는 것은 쉽지 않다. 특히, 편광 해소 영역과 편광 영역은 연속적으로 형성되어 있으므로, 좋지 않은 내구성을 갖는 편광 해소 영역은 편광 영역의 내구성에도 영향을 줄 수 있다. 따라서, 편광 해소 영역을 구현하면서도 편광판 전체의 내구성이 개선되며 편광 해소 영역의 요철 발생을 해소할 수 있는 편광판을 개발할 필요가 있다.
본 발명의 배경기술은 한국공개특허 제2017-0037854호 등에 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 편광 해소 영역을 구비하고 내구성이 우수한 편광판을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 편광 해소 영역을 구비하고 고온 및/또는 고온 고습 후 편광 해소 영역의 광 투과율 변화를 낮춘 편광판을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 편광 해소 영역의 표면 조도 개선을 통하여 이미지 선명화를 달성할 수 있는 편광판을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상술 효과를 가지며 간단한 방법으로 제조될 수 있는 편광판을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 관점은 편광판이다.
1.편광판은 편광자 및 편광자의 적어도 일면에 형성된 보호 필름을 포함하고, 상기 편광자는 적어도 일 부분에 편광 해소 영역을 구비하고, 상기 편광자는 하기 식 1의 결정화도(crystallinity) 비율이 60% 이상이다:
[식 1]
결정화도 비율 = DC2/DC1 x 100
(상기 식 1에서,
DC1은 상기 편광자 중 상기 편광 해소 영역 이외의 영역의 결정화도,
DC2는 상기 편광자 중 상기 편광 해소 영역의 결정화도).
2.1에 있어서, 상기 편광 해소 영역은 잔존 요오드 총 함량이 0.1중량% 내지 1.5중량%일 수 있다.
3.1-2에서, 상기 편광자 중 상기 편광 해소 영역의 면적비는 20% 이하일 수 있다.
4.1-3에서, 상기 편광 해소 영역은 표면 조도(Ra)가 3.0nm 이하일 수 있다.
5.1-4에서, 상기 편광 해소 영역은 외곽면이 불규칙적인 요철이 형성되지 않은 곡면 또는 평면일 수 있다.
6.1-5에서, 상기 편광자는 상기 편광 해소 영역 이외의 영역인 편광 영역을 추가로 포함하고, 상기 편광판은 하기 식 2의 수축률이 5% 이하일 수 있다:
[식 2]
수축률 = ｜L2 - L1｜/L1 x 100
(상기 식2에서,
L1은 편광자 또는 편광판의 흡수축 방향의 초기 길이,
L2는 편광자 또는 편광판을 85℃에서 120시간 방치 후 흡수축 방향의 길이).
7.6에서, 상기 편광 해소 영역과 상기 편광 영역은 서로 연속적으로 형성될 수 있다.
본 발명의 광학표시장치는 본 발명의 편광판을 포함한다.
본 발명은 편광 해소 영역을 구비하고 내구성이 우수한 편광판을 제공하였다.
본 발명은 편광 해소 영역을 구비하고 고온 및/또는 고온 고습 후 편광 해소 영역의 광 투과율 변화를 낮춘 편광판을 제공하였다.
본 발명은 편광 해소 영역의 표면 조도 개선을 통하여 이미지 선명화를 달성할 수 있는 편광판을 제공하였다.
본 발명은 상술 효과를 가지며 간단한 방법으로 제조될 수 있는 편광판을 제공하였다.
도 1a, 도 1b는 본 발명의 일 실시예의 편광자의XRD 분석 결과로서, 도 1a는 편광 해소 영역의 XRD 분석 결과이고, 도 1b는 편광 영역의 XRD 분석 결과이다.
도 2는 본 발명 일 실시예의 편광 해소 영역과 편광 영역이 형성된 편광자의 평면도이다.
첨부한 실시예에 의해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 당업자가 하기 실시예를 변형함으로써 도달될 수 있는 구현 형태도 본 발명은 포함할 수 있다.
본 명세서에서 수치 범위 기재 시 "X 내지 Y"는 X 이상 Y 이하(X≤ 그리고 ≤Y)를 의미한다.
본 발명의 일 실시예의 편광판은 편광자 및 편광자의 적어도 일면에 형성된 보호 필름을 포함한다. 일 구체예에서, 편광판은 편광자 및 편광자의 양면에 각각 형성된 보호 필름을 포함할 수 있다. 다른 구체예에서, 편광판은 편광자 및 편광자의 일면에만 형성된 보호 필름을 포함할 수 있다.
편광자는 적어도 일 부분에 편광 해소 영역을 구비하고, 상기 편광자는 하기 식 1의 결정화도(crystallinity) 비율이 60% 이상이다:
[식 1]
결정화도 비율 = DC2/DC1 x 100
(상기 식 1에서,
DC1은 상기 편광자 중 상기 편광 해소 영역 이외의 영역의 결정화도,
DC2는 상기 편광자 중 상기 편광 해소 영역의 결정화도).
편광자는 편광 해소 영역과 편광 해소 영역 이외의 영역(편광 해소 영역 이외의 영역을 "편광 영역"이라고도 한다)으로 구성된다.
상기 "편광 해소 영역"은 편광자의 일부를 구성하고, 가시광선 영역의 파장(예:380 내지 780nm)에서 광 투과율이 60% 이상 예를 들면 60% 내지 90%, 예를 들면 60% 내지 70%이고, 편광도가 50% 이하 예를 들면 10% 내지 50%인 영역을 의미할 수 있다. 상기 편광 해소 영역은 편광판을 광학표시장치에 적용시 카메라 등의 이미지 센서 형성 부위 상에 장착됨으로써 이미지 센서를 통해 사진 및/또는 영상을 촬영할 때 사진 및/또는 영상이 선명하게 나오도록 하는 기능을 할 수 있다.
상기 "편광 영역"은 통상의 편광 성능을 구현하여 광학표시장치에서 화면을 표시하는 영역으로서, 편광 해소 영역 대비 광 투과율은 낮고 편광도는 높은데, 가시광선 영역의 파장에서 광 투과율이 45% 이하 예를 들면 10% 내지 45%이고 편광도가 90% 이상 예를 들면 90% 내지 100%인 영역을 의미할 수 있다.
본 발명의 발명자는 편광자의 수 개의 물성 중에서도 편광 영역과 편광 해소 영역 간의 결정화도 비율을 제어함으로써 편광 해소 영역을 구비하면서 동시에 편광 해소 영역의 표면 조도 불량을 해소하고 편광 해소 영역이 편광 영역 대비 내구성이 낮은 점을 보완하여 편광자 전체의 내구성이 우수해짐을 확인하였다.
편광자에 있어서, 편광 해소 영역과 편광 영역은 서로 분리될 수 없으며 연속적으로 일체로 형성될 수 밖에 없다. 상기 식 1의 결정화도 비율이 60% 이상일 때, 편광 해소 영역은 편광 해소 영역의 상술한 기능을 잘 구현하도록 함과 동시에, 편광 영역과 편광 해소 영역 간의 결정화도 편차가 낮아져 편광자 전체의 내구성이 개선되고 편광 해소 영역도 고온 및/또는 고온고습 하에서 안정적으로 광 투과율 변화가 적어 내구성을 나타낼 수 있으며, 편광자의 후 공정에서 기포 유입 등의 불량이 발생하지 않을 수 있다.
일 구체예에서, 식 1의 결정화도 비율은 60% 내지 90%가 될 수 있다.
다른 구체예에서, 상기 식 1의 결정화도 비율은 80% 이상이 될 수 있다. 상기 범위에서, 상술한 편광판 전체의 내구성이 더 개선될 수 있으며, 안정적인 광학 특성을 내구성 하에서 지속적으로 유지하는 효과가 더 있을 수 있다.
상기 "내구성"은 편광 해소 영역이 적어도 형성된, 편광자 또는 편광자를 포함하는 편광판을 고온 및/또는 고온 고습에서 장기간 방치시켰을 때 편광자 또는 편광판의 수축이 전혀 없거나 최소화됨을 의미할 수 있다.
일 구체예에서, 편광 해소 영역이 적어도 형성된, 편광자 또는 편광판은 하기 식 2의 수축률이 5% 이하, 바람직하게는 0% 내지 1%가 될 수 있다: 상기 범위에서, 편광 해소 영역이 형성되더라도 편광판의 내구성이 우수하여 편광 기능 및 편광 해소 기능을 잘 구현할 수 있다.
[식 2]
수축률 = ｜L2 - L1｜/L1 x 100
(상기 식 2에서,
L1은 편광자 또는 편광판의 흡수축 방향의 초기 길이,
L2는 편광자 또는 편광판을 85℃에서 120시간 방치 후 흡수축 방향의 길이).
일 구체예에서, 편광 해소 영역은 하기 식 3의 수축률이 10% 이하이고, 편광 해소 영역 이외의 영역은 하기 식 3의 수축률이 5% 이하이고, 편광 해소 영역 이외의 영역은 편광 해소 영역 대비 하기 식 3의 수축률이 낮을 수 있다:
[식 3]
수축률 = ｜L2 - L1｜/L1 x 100
(상기 식 3에서,
L1은 해당 영역의 흡수축 방향의 초기 길이,
L2는 해당 영역을 85℃에서 120시간 방치 후 해당 영역의 흡수축 방향의 길이).
상기 "흡수축 방향"은 편광자의 MD(machine direction)가 될 수 있다.
또한, 상기 식 1의 결정화도 비율이 60% 이상이 됨으로써, 편광 해소 영역의 광 투과율이 고온(85℃), 고온/고습(60℃/95%) 조건하에서 변화가 최소화되는 안정적인 특성을 유지할 수 있게 된다. 편광 해소 영역의 광 투과율이 변하게 되면 해당 부분을 통해 구현되는 카메라 등 다른 광학기의 성능 저하의 원인이 되므로 안정적인 유지가 반드시 필요하다.
상기 식 1의 결정화도 비율에서 결정화도는 편광 해소 영역, 편광 영역 둘다 (요오드 등의 이색성 염료를 함유하기 전) 폴리비닐알코올계 필름의 결정화도로부터 산출된 것이 아니라 요오드 등의 이색성 염료를 함유하는 폴리비닐알코올계 필름으로부터 측정되는 값이다.
상기 식 1 중 결정화도 비율은 XRD(X-ray Diffraction) 분석 방법에 의해 얻을 수 있다. 상기 식 1 중 결정화도는 XRD 그래프 상에서 결정 영역의 면적과 비 결정 영역의 면적의 총합에 대한 결정 영역의 면적의 비로부터 구할 수 있다. 보다 상세한 방법은 하기 실험예에서 기술되어 있다.
일 구체예에서, 편광 해소 영역은 잔존 요오드 총 함량이 0.1중량% 내지 1.5중량%, 구체적으로 0.1중량% 내지 1.0중량%가 될 수 있다. 상기 범위에서, 내구성을 유지하면서 높은 광 투과율을 유지하는 효과가 있을 수 있다. 상기 "요오드"는 I5 -, I3 -, I- 등 요오드를 함유하는 물질을 모두 의미한다. 편광 해소 영역의 잔존 요오드 총 함량은 하기 실험예에서 설명된 방법에 의해 측정될 수 있다.
일 구체예에서, 편광자 중 "편광 해소 영역"의 면적비는 20% 이하, 예를 들면 10% 이하가 될 수 있다. 상기 범위에서, 광학표시장치에 이미지 센서 형성 용도로 사용될 수 있다.
일 구체예에서, 편광자 중 "편광 해소 영역"은 편광자 전체 면적 중 일 부분에 형성되고 편광자의 모서리 부분을 포함하지 않도록 형성될 수 있다. 일 예를 들면, 도 2를 참조하면, 편광자는 편광 해소 영역(10), 편광 해소 영역 이외의 영역(20)이 형성되어 있고, 편광 해소 영역(10)은 편광 해소 영역 이외의 영역(20)에 의해 둘러싸여 형성되어 있다.
일 구체예에서, 편광 해소 영역은 형상에 특별한 제한을 두지 않는데, 예를 들면 원형, 반원형, 무정형, 사각형 등의 형상이 될 수 있다.
일 구체예에서, 편광 해소 영역은 외곽면이 불규칙적인 요철이 형성되지 않은 곡면 또는 평면이 될 수 있다.
일 구체예에서, 편광 해소 영역은 표면 조도(Ra)가 3.0nm 이하, 예를 들면 0nm 내지 3.0nm가 될 수 있다. 상기 범위에서, 편광 해소 영역을 통한 광 투과율 개선으로 이미지 센서를 통한 선명한 영상을 구현할 수 있다.
한편, 편광자 또는 편광판 중 편광 해소 영역은 고온 및/또는 고온 고습에서 장기간 방치하였을 때 하기 식 4의 광 투과율 변화율이 5% 이하, 예를 들면 0% 이상 3% 이하가 될 수 있다. 상기 범위에서, 편광자 또는 편광판의 신뢰성이 높아져 광학표시장치의 수명이 길어질 수 있다.
[식 4]
광 투과율 변화율 = ｜TS2 - TS1｜/TS1 x 100
(상기 식 4에서,
TS1은 편광 해소 영역의 파장 550nm에서의 광 투과율,
TS2는 상기 편광 해소 영역을 85℃에서 120시간 방치한 후 파장 550nm에서의 광 투과율).
편광자는 두께가 10㎛ 내지 50㎛, 구체적으로 10㎛ 내지 40㎛가 될 수 있다. 상기 범위에서, 편광판에 사용될 수 있다.
일 구체예에서, 편광자는 붕산 함량이 10중량% 내지 50중량%, 구체적으로 20중량% 내지 30중량%가 될 수 있다. 상기 범위에서, 편광자 전체의 내구성이 더 개선될 수 있다.
일 구체예에서, 편광자는 요오드화칼륨이 1중량% 내지 10중량%, 구체적으로 1중량% 내지 5중량%가 될 수 있다. 상기 범위에서, 편광자 전체의 내구성이 더 개선될 수 있다.
일 구체예에서, 편광자는 아연염 예를 들면 아연 황산염(ZnSO4)이 0.01중량% 내지 1중량%, 구체적으로 0.01중량% 내지 0.5중량%가 될 수 있다. 상기 범위에서, 편광자 전체의 내구성이 더 개선될 수 있다.
편광자 중 붕산 함량, 요오드화칼륨 함량, 아연염 함량 각각은 편광자 제조 공정 중 각각의 함량을 조절함으로써 구현될 수 있다.
이하, 본 발명의 편광자를 제조하는 방법을 설명한다.
편광자는 요오드, 이색성 염료 중 1종 이상이 염착되고 연신된 폴리비닐알코올계 필름을 제조하고, 상기 폴리비닐알코올계 필름에 편광 해소 영역을 형성하고자 하는 영역에 펄스 UV를 조사하여 편광 해소 영역을 형성하는 단계에 의해 제조될 수 있다.
먼저, 염착 및 연신된 폴리비닐알코올계 필름이 제조된다.
염착 및 연신된 폴리비닐알코올계 필름은 염착, 연신, 가교, 보색 공정에 의해 제조될 수 있다. 본 발명의 편광자의 제조방법에서 염착, 연신의 순서는 제한되지 않는다. 즉, 폴리비닐알콜계 필름을 염착한 후 연신할 수도 있고, 연신한 후 염착할 수도 있으며, 염착과 연신을 동시에 수행할 수도 있다.
폴리비닐알콜계 필름은 종래 편광자 제조시 사용되는 통상의 폴리비닐알콜계 필름을 사용할 수 있다. 구체적으로 폴리비닐알콜 또는 그 유도체로 형성된 필름을 사용할 수 있다. 폴리비닐알콜의 중합도는 1000 내지 5000이 될 수 있고, 검화도는 80mol% 내지 100mol%가 될 수 있고, 두께는 1㎛ 내지 30㎛, 구체적으로 3㎛ 내지 30㎛가 될 수 있고, 상기 범위에서, 박형의 편광자 제조에 사용될 수 있다.
폴리비닐알콜계 필름은 염착, 연신되기 전에, 수세, 팽윤 처리될 수 있다. 폴리비닐알콜계 필름을 수세 처리함으로써 폴리비닐알콜계 필름 표면에 묻어있는 이물을 제거할 수 있다. 폴리비닐알콜계 필름을 팽윤 처리함으로써, 폴리비닐알콜계 필름의 염착 또는 연신이 더 잘되도록 할 수 있다. 팽윤 처리는 당업자에게 알려진 바와 같이 팽윤조의 수용액에서 폴리비닐알콜계 필름을 방치하여 수행할 수 있다. 상기 팽윤조의 온도 및 팽윤 처리 시간은 특별히 제한되지 않는다. 팽윤조는 붕산, 무기산, 계면활성제 　등이 더 포함될 수 있고, 이들의 함량은 조절될 수 있다.
폴리비닐알콜계 필름을 요오드, 이색성 염료 중 1종 이상 함유 염착조에서 염착시킴으로써 폴리비닐알콜계 필름을 염착시킬 수 있다. 염착 공정에서는 폴리비닐알콜계 필름을 염착 용액에 침지하게 되는데, 염착 용액은 요오드, 이색성 염료를 포함하는 수용액이 될 수 있다. 구체적으로 요오드는 요오드계 염료로부터 제공되며, 요오드계 염료는 요오드화칼륨, 요오드화수소, 요오드화리튬, 요오드화나트륨, 요오드화아연, 요오드화리튬, 요오드화알루미늄, 요오드화납, 요오드화구리 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 염착 용액은 요오드, 이색성 염료 중 1종 이상을 1중량%　내지 5중량%를 포함하는 수용액이 될 수 있다. 상기 범위에서, 소정 범위의 편광도를 가져 디스플레이 장치에 사용될 수 있다.
염착조의 온도는 20℃ 내지 45℃가 될 수 있고 폴리비닐알콜계 필름의 염착조 침지 시간은 10초 내지 300초가 될 수 있다. 상기 범위에서 편광도가 높은 편광자를 구현할 수 있다.
염착된 폴리비닐알콜계 필름을 연신조에서 연신함으로써 폴리비닐알콜계 필름은 요오드, 이색성 염료 중 1종 이상이 배향되어 편광성을 가질 수 있다. 구체적으로 연신은 건식 연신과 습식 연신법이 모두 가능하다. 건식 연신은 인터롤 연신, 압축 연신, 가열롤 연신 등이 가능할 수 있고, 습식 연신은 35 내지 65℃의 물을 포함하는 습식 연신조에서 수행될 수 있다. 습식 연신조는 붕산을 더 포함함으로써 연신 효과를 높일 수도 있다.
폴리비닐알콜계 필름은 소정의 연신비로 연신될 수 있는데, 구체적으로 총 연신비가 5 내지 7배, 구체적으로 5.5 내지 6.5배가 되도록 연신될 수 있고, 상기 범위에서 연신되는 폴리비닐알콜계 필름의 절단 현상, 주름 발생 등을 방지할 수 있고, 편광도와 투과율이 높인 편광자를 구현할 수 있다. 연신은 1축 연신으로서 1단 연신으로 연신할 수도 있지만 2단, 3단 연신 등의 다단 연신함으로써 박형의 편광자를 제조하면서도 파단을 막을 수도 있다.
상기에서는 폴리비닐알콜계 필름을 염착한 후 연신하는 순서로 설명하였으나, 염착과 연신은 동일 반응조에서 수행될 수도 있다.
염착된 폴리비닐알콜계 필름을 연신하기 전에 또는 염착 후 연신된 폴리비닐알콜계 필름을 가교조에서 가교 처리할 수도 있다. 가교는 폴리비닐알콜계 필름에 요오드, 이색성 염료 중 1조 이상이 더 강하게 염착되도록 하는 공정으로서, 가교제로는 붕산을 사용할 수 있다. 가교 효과를 높이기 위해 인산 화합물, 요오드화 칼륨 등이 더 포함될 수도 있다.
염착 및 연신된 폴리비닐알콜계 필름은 보색조에서 보색 처리될 수 있다. 보색 처리는 상기 염착 및 연신된 폴리비닐알콜계 필름을 요오드화칼륨을 포함하는 보색액을 포함하는 보색조에서 침지하는 것이다. 이를 통해서, 편광자의 색상값을 낮추고 편광자 내의 요오드 음이온 I-을 제거하여 내구성을 좋게 할 수 있다. 보색조의 온도는 20℃ 내지 45℃가 될 수 있고 폴리비닐알콜계 필름의 보색조 침지 시간은 10초 내지 300초가 될 수 있다.
다음으로, 염착 및 연신된 폴리비닐알코올계 필름의 일부에 펄스 UV를 조사하여 편광 해소 영역이 일부 형성된 편광자가 제조된다.
펄스 UV는 파장 200nm 내지 400nm의 연속적인 파장에서 광을 펄스 형태로 조사함으로써 종래 펨토초나 피코초 레이저 대비 편광 해소 영역 형성시 편광 해소 영역 중 요오드, 이색성 염료 중 1종 이상이 염착된 폴리비닐알코올계 필름의 손상 정도를 낮출 수 있다.
펄스 UV 를 조사할 때, 펄스 UV의 상세 조사 조건은 광원의 에너지 파워가 300V 내지 500V, 광원의 펄스 주기가 0.5Hz 내지 2Hz, 광원 조사 시간이 10ms(millisecond) 내지 15ms, 조사 회수는 1회 내지 10회가 될 수 있다. 상기 범위에서, 본 발명의 상기 식 1의 결정화도 비율을 만족하는 편광자를 얻을 수 있다. 해당 광원을 조사 시 원하는 모양의 마스크를 염착 및 연신된 폴리비닐알코올계 필름 위에 밀착시킴으로써 편광 해소가 불필요한 부분은 해당 광 투과율을 유지할 수 있게 제어할 수 있다.
일 구체예에서, 본 발명에서 편광 해소 영역은 펄스 UV 조사 단독에 의해서 형성될 수 있다. 다른 구체예에서, 편광 해소 영역은 펄스 UV 조사와 펨토초 레이저 조사의 조합에 의해 형성될 수 있다.
예를 들면, 편광 해소 영역은 펄스 UV를 조사하고 펨토초 레이저를 조사하거나, 펨토초 레이저를 조사하고 펄스 UV를 조사하거나, 또는 펄스 UV와 펨토초 레이저를 동시에 조사하여 형성될 수 있다. 바람직하게는, 펄스 UV를 조사한 후 펨토초 레이저를 조사한다. 단, 펨토초 레이저는 본 발명의 편광 해소 영역에 영향을 주지 않는 최소한의 조사 조건으로 조사되어야 한다.
예를 들면 펨토초 레이저는 빔 사이즈(Beam Size) 10 내지 30㎛, 펄스 주파수(Pulse Frequency) 200 내지 400kHz, 펄스 당 에너지 밀도(Energy Density per Pulse) 0.1 내지 0.5J/cm2/Pulse 조건에서 조사될 수 있다.
일 구체예에서, 펨토초 레이저는 파장 340nm 내지 346nm 영역 및 파장 510nm 내지 520nm 영역에서 각각 선택되는 적어도 2종의 펨토초 레이저를 포함한다.
파장 510nm 내지 520nm 영역의 빛은 편광자에 염착된 요오드, 이색성 염료를 바닥 상태에서 들뜬 상태로 전이시킴으로써 요오드, 이색성 염료를 분해시킴으로써 해당 빛이 조사된 영역에서의 편광 기능을 해소할 수 있다.
파장 340nm 내지 346nm 영역 및 파장 510nm 내지 520nm 영역에서 각각 선택되는 적어도 2종의 펨토초 레이저가 편광자에 조사되는 경우 상술한 편광 기능을 해소 및 광 투과율을 높임과 동시에, 편광자 또는 편광판의 고온 고습 신뢰성을 높일 수 있다.
구체적으로, 파장 340nm 내지 346nm 영역에서는 파장 340nm, 341nm, 342nm, 343nm, 344nm, 345nm, 346nm, 바람직하게는 343nm의 펨토초 레이저가 선택될 수 있다. 구체적으로, 파장 510nm 내지 520nm 영역에서는 파장 510nm, 511nm, 512nm, 513nm, 514nm, 515nm, 516nm, 517nm, 518nm, 519nm, 520nm, 바람직하게는 515nm의 펨토초 레이저가 선택될 수 있다. 최적으로는, 파장 343nm 및 파장 515nm 각각에서 펨토초 레이저가 조사될 수 있다.
본 발명의 편광자 제조 방법은 펄스 UV 조사 또는 펄스 UV 조사와 레이저 조사의 조합 이후에 편광 해소 영역을 열 처리, 수세 처리 중 1종 이상의 처리를 추가로 포함할 수 있다. 상기 처리는 편광자 중 편광 해소 영역을 고온 및/또는 고온 고습에서 장기간 방치하였을 때 편광 해소 영역의 광 투과율이 편광 해소 영역을 형성하기 전의 상태 즉 편광 해소 영역 이외의 상태로 원복되는 것을 차단함으로써 편광 해소 영역의 신뢰성을 높일 수 있다.
열 처리는 편광 해소 영역을 포함하는 편광자를 70℃ 내지 90℃에서 1분 내지 10분 동안 처리하는 것을 포함할 수 있다. 상기 범위에서, 편광 해소 영역 이외의 영역에 대한 영향을 최소화하면서 편광 해소 영역의 신뢰성을 높일 수 있다.
수세 처리는 편광 해소 영역을 포함하는 편광자를 30℃ 내지 60℃의 물에 1분 내지 10분 동안 접촉하는 처리를 포함할 수 있다. 상기 접촉하는 처리는 편광 해소 영역을 포함하는 편광자를 상기 물에 침지 처리하거나, 상기 물로 세척하는 처리를 포함할 수 있는 등, 당업자에게 알려진 통상의 방법에 따라 수행될 수 있다.
이하, 보호 필름에 대해 설명한다.
보호 필름은 편광자의 보호필름으로 통상적으로 사용되는 보호필름을 사용할 수 있다. 예를 들면, 보호 필름은 트리아세틸셀룰로스 등을 포함하는 셀룰로오스계, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌나프탈레이트 등을 포함하는 폴리에스테르계, 고리형 폴리올레핀(COP)계, 폴리카보네이트계, 폴리에테르술폰계, 폴리술폰계, 폴리아미드계, 폴리이미드계, 폴리올레핀계, 폴리아릴레이트계, 폴리비닐알코올계, 폴리염화비닐계, 폴리염화비닐리덴계, 아크릴계 중 하나 이상의 수지로 된 보호필름을 포함할 수 있다. 보호 필름은 두께가 10㎛ 내지 100㎛, 예를 들면 10㎛ 내지 60㎛가 될 수 있다. 상기 적층은 접착제로 수행될 수 있으며, 이것은 당업자에게 알려진 통상의 방법에 의한다.
보호 필름은 수분 투과도가 100g/m2.day 이하, 예를 들면 0 내지 50g/m2.day이 될 수 있다. 상기 범위에서, 보호 필름은 수분 투과도가 낮아서 편광 해소 영역을 구비한 편광자의 신뢰성을 높일 수 있다. 일 구체예에서, 보호 필름은 고리형 폴리올레핀(COP)계, 아크릴계 보호필름을 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학표시장치를 설명한다.
본 발명의 광학표시장치는 본 발명의 편광판을 포함한다. 광학표시장치는 액정표시장치, 유기발광표시장치 등을 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
하기 실시예와 비교예에서 사용된 성분의 구체적인 사양은 다음과 같다.
(1)편광자의 재료: 폴리비닐알코올계 필름(VF-PE3000, 일본 Kuraray社, 두께:30㎛)
(2)보호 필름: 트리아세틸셀룰로오스 필름(KC4UYW, 일본 Konica社, 두께 40㎛)
실시예 1
물로 수세한 폴리비닐알콜계 필름을 30℃ 물의 팽윤조에서 팽윤 처리하였다.
팽윤조를 통과한 폴리비닐알콜계 필름을 요오드화칼륨 3중량%를 포함하는 수용액을 함유하는 30℃의 염착조에서 30초 내지 200초 동안 처리하였다. 염착조를 통과한 폴리비닐알콜계 필름을 붕산 3중량%를 함유하는 30℃ 내지 60℃ 수용액인 습식 가교조를 통과시켰다. 가교조를 통과한 폴리비닐알콜계 필름을 붕산 3중량%를 함유하는 50℃ 내지 60℃ 수용액인 연신시키되, 총 연신비가 6배가 되도록 연신시켜 편광자(두께:20㎛)를 제조하였다. 제조한 편광자의 양면에 접착제(Z-200, Nippon Goshei社)를 사용하여 보호필름을 접착시켜 적층체를 제조하였다.
상기 적층체를 소정의 크기로 재단하고, 적층체 중 일부 영역에만 펄스 UV를 400V, 1Hz, 13ms, 1회 조건으로 조사함으로써 상기 조사에 의한 편광 해소 영역(반지름이 5mm인 원형)이 형성된 편광판을 제조하였다.
실시예 2
실시예 1에서 펄스 UV를 400V, 1Hz, 13ms, 5회 조건으로 조사한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 실시하여 편광 해소 영역이 형성된 편광판을 제조하였다.
실시예 3
실시예 1에서 펄스 UV를 400V, 1Hz, 13ms, 10회 조건으로 조사한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 실시하여 편광 해소 영역이 형성된 편광판을 제조하였다.
실시예 4
실시예 1에서 펄스 UV를 400V, 1Hz, 13ms, 1회 조건으로 조사한 후, 파장 343nm, 515nm의 펨토초 레이저를 빔 사이즈(Beam Size) 20㎛, Pulse 330 펨토초(femto second), 펄스 주파수(Pulse Frequency) 400kHz, 펄스 당 에너지 밀도(Energy Density per Pulse) 0.25J/cm2/Pulse 조건에서 조사한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 실시하여 편광판을 제조하였다.
실시예 5
실시예 1에서 펄스 UV를 400V, 1Hz, 13ms, 1회 조건으로 조사한 후 편광자를 50℃ 내지 60℃의 물에서 3분 내지 10분 동안 수세 처리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 실시하여 편광판을 제조하였다.
비교예 1
실시예 1에서 펄스 UV를 조사하지 않고 파장 343nm, 515nm의 펨토초 레이저를 조사한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 실시하여 편광판을 제조하였다.
비교예 2
실시예 1에서 펄스 UV를 조사하지 않고 파장 532nm의 피코초 레이저를 조사한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 실시하여 편광판을 제조하였다.
비교예 3
실시예 1에서 펄스 UV를 조사하지 않고 탈색제로 수산화나트륨 용액 처리를 통해 편광 해소 영역을 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 실시하여 편광판을 제조하였다. 형성된 편광 해소 영역의 외곽면에는 불규칙적인 요철이 형성되어 있다.
실시예와 비교예에서 제조한 편광판에 대하여 하기 물성을 평가하고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
(1)식 1의 결정화도 비율(단위: %): 실시예와 비교예에서 제조한 편광판 중 편광자를 분리하고, XRD 분석 방법에 따라 편광 해소 영역과 편광 영역 각각의 결정화도를 구한 다음, 상기 식 1의 결정화도 비율을 계산하였다.
편광 해소 영역의 XRD 분석은 X-ray회절 분석 장치(Panalytical, X'PERT PRO)를 사용하여 Generator Settings: 40 mA 및 40 kV, Step Size: 0.05 [2°Theta.], Scan Step Time: 5.0초, Measurement Temperature: 25.00℃ 조건에서 수행하였다. 편광 영역의 XRD 분석도 편광 해소 영역과 동일한 방법으로 수행되었다.
편광 해소 영역의 XRD 분석에 대해 설명한다. 편의상, 실시예 1의 편광 해소 영역의 XRD 분석에 대해서 설명한다. 실시예 2 내지 실시예 5, 비교예 1 내지 비교예 3도 이에 준하여 수행되었다. 실시예 1의 편광 해소 영역의 상기 XRD 분석에 의할 경우 도 1a의 XRD 분석 결과를 얻을 수 있다.
도 1a를 참조하면 적색 그래프는 XRD 분석 결과이다.
Position [2°Theta] 가 20°일 때 XRD 그래프 상의 청색 라인의 그래프의 적산 면적을 구한다(도 1a에서 청색 표시로 됨). Position [2°Theta] 20°는 편광 해소 영역 중 결정 영역을 나타내므로 선택되었다.
Position [2°Theta] 가 25°일 때 XRD 그래프 상의 녹색 라인의 그래프의 적산(integration) 면적을 구한다(도 1a에서 녹색으로 표시됨). Position [2°Theta] 25°는 편광 해소 영역 중 비 결정 영역을 나타내므로 선택되었다.
전체 면적 중 Position [2°Theta] 가 20°일 때의 면적의 비율, 즉 (Position [2°Theta] 가 20°일 때 XRD 그래프 상의 적산 면적)/(Position [2°Theta] 가 20°일 때 XRD 그래프 상의 적산 면적 + Position [2°Theta] 가 25°일 때 XRD 그래프 상의 적산 면적)을 계산하여 편광 해소 영역의 결정화도를 얻을 수 있다.
도 1b를 참조하여 편광 영역의 XRD 분석을 설명한다. 도 1b에서 적색 그래프는 XRD 분석 결과이다. 위의 편광 해소 영역의 결정화도 산출 방법과 동일한 방법으로 편광 영역의 결정화도를 얻을 수 있다.
(2)편광 해소 영역 중 요오드 함량(단위: 중량%): 실시예와 비교예에서 제조한 편광판 중 편광자를 분리하고, 편광 해소 영역에 대해 요오드 적정과 XRF(X-ray fluorescence) 방법으로 요오드 함량을 측정하였다. 상기 "요오드"는 I5 -, I3 -, I- 등 요오드를 함유하는 물질을 모두 의미한다.
(3)표면 조도(단위:nm): 실시예와 비교예에서 제조한 편광판 중 편광자를 분리하고, 편광자 중 편광 해소 영역의 표면 조도(Ra)를 Keyence社의 초 정밀 현미경으로 측정하였다. 표면 조도가 3.0nm 이하인 경우 양호, 표면 조도가 3.0nm 초과인 경우 불량으로 평가하였다.
(4)내구성: 실시예와 비교예에서 제조한 편광판을 편광자의 MD x 편광자의 TD(2cm x 2cm)의 사각형 크기로 절단하여 시편을 제조하였다. 이때, 상기 시편은 편광 해소 영역과 편광 해소 영역 이외의 영역(상기 시편 중 편광 해소 영역의 면적 비율은 20%)을 포함한다.
그런 다음, 시편을 85℃에서 120시간 방치 후 시편의 MD 길이를 다시 측정하였다. 시편의 최초 MD 길이에 대한 85℃에서 120시간 방치 후 시편의 MD 길이의 변화 정도를 측정하였다. 상기 식 2의 수축률 변화율이 5% 이하인 경우 "양호", 상기 식 2의 수축률 변화율이 5% 초과인 경우 불량으로 평가하였다.
(5)광 투과율 변화율(단위:%): 실시예와 비교예에서 제조한 편광판을 편광자의 MD x 편광자의 TD(2cm x 2cm)의 사각형 크기로 절단하여 시편을 제조하였다. 상기 시편은 편광 해소 영역을 포함한다. 시편 중 편광 해소 영역에 대한 파장 550nm에서의 광 투과율을 측정한다.
그런 다음, 상기 시편을 85℃에서 120시간 방치 후 상기와 동일한 방법으로 파장 550nm에서의 광 투과율을 측정한다. 상기 식 4에 따라 광 투과율 변화율을 계산하였다.
(6)잔존 요오드 함량(단위: 중량%): 실시예와 비교예에서 제조한 편광자를 MD x TD(2cm x 2cm)의 사각형 크기로 절단하여 시편을 제조하고 해당 시편을 50℃ 내지 60℃의 물에서 3분 내지 10분 동안 침지하고 수세 처리하였다. 그런 다음, 상기 시편을 건조시킨 후, 편광 해소 영역에 대하여 요오드 적정과 XRF 방법으로 측정하였다.
실시예 비교예
1 2 3 4 5 1 2 3
식 1 80 75 65 70 80 45 30 58
요오드 함량 3.70 3.65 3.60 3.10 3.70 3.55 3.45 0.30
표면 조도 1.45
(양호)		 1.60
(양호)		 1.65
(양호)		 1.82
(양호)		 1.45
(양호)		 5.55
(불량)		 6.32
(불량)		 4.95
(불량)
내구성 양호 양호 양호 양호 양호 불량 불량 양호
광투과율 변화율 1.5 1.8 1.9 2.2 1.0 70 75 2.2
잔존요오드 함량 0.42 0.36 0.25 0.21 0.10 2.11 1.95 0.20
상기 표 1에서와 같이, 본 발명의 편광판은 편광 해소 영역을 구비하면서도 고온에서 방치 시 편광판 전체의 수축이 전혀 없거나 미약하여 편광판 전체의 내구성이 우수하였으며, 고온 후 편광 해소 영역의 광 투과율 변화를 낮춤으로써 신뢰성이 높았고, 편광 해소 영역의 표면 조도 불량도 개선되었다.
반면에, 상기 표 1에서 보여지는 바와 같이, 기존의 펨토초 조사, 피코초 조사 또는 화학적 방법에 의해서는 본 발명의 식 1의 결정화도 비율에 도달이 쉽지 않았음을 알 수 있다. 본 발명의 식 1의 결정화도 비율을 만족하지 못하는 비교예 1, 비교예 2, 비교예 3은 본 발명의 모든 효과를 얻을 수 없었다. 또한, 상기 표 1에서 도시되지 않았지만, 비교예 3은 편광자의 후 공정에서 기포 유입 등의 불량이 발생하였다.
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 (8)

  1. 편광자 및 편광자의 적어도 일면에 형성된 보호 필름을 포함하고,
    상기 편광자는 적어도 일 부분에 편광 해소 영역을 구비하고,
    상기 편광자는 하기 식 1의 결정화도 비율이 60% 이상인 것인, 편광판:
    [식 1]
    결정화도 비율 = DC2/DC1 x 100
    (상기 식 1에서,
    DC1은 상기 편광자 중 상기 편광 해소 영역 이외의 영역의 결정화도,
    DC2는 상기 편광자 중 상기 편광 해소 영역의 결정화도).
  2. 제1항에 있어서, 상기 편광 해소 영역은 잔존 요오드 총 함량이 0.1중량% 내지 1.5중량%인 것인, 편광판.
  3. 제1항에 있어서, 상기 편광자 중 상기 편광 해소 영역의 면적비는 20% 이하인 것인, 편광판.
  4. 제1항에 있어서, 상기 편광 해소 영역은 표면 조도(Ra)가 3.0nm 이하인 것인, 편광판.
  5. 제1항에 있어서, 상기 편광 해소 영역은 외곽면이 불규칙적인 요철이 형성되지 않은 곡면 또는 평면인 것인, 편광판.
  6. 제1항에 있어서, 상기 편광자는 상기 편광 해소 영역 이외의 영역인 편광 영역을 추가로 포함하고,
    상기 편광판은 하기 식 2의 수축률이 5% 이하인 것인, 편광판:
    [식 2]
    수축률 = ｜L2 - L1｜/L1 x 100
    (상기 식2에서,
    L1은 편광자 또는 편광판의 흡수축 방향의 초기 길이,
    L2는 편광자 또는 편광판을 85℃에서 120시간 방치 후 흡수축 방향의 길이).
  7. 제6항에 있어서, 상기 편광 해소 영역과 상기 편광 영역은 서로 연속적으로 형성된 것인, 편광판.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 항의 편광판을 포함하는 광학표시장치.

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