KR20210130630A - 위상차층 부착 편광판 및 화상 표시 장치 - Google Patents

위상차층 부착 편광판 및 화상 표시 장치 Download PDF

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KR20210130630A
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소헤이 아루가
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닛토덴코 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 과제는 흑색 표시 시의 경사 방향의 휘도가 작고, 또한, 경사 방향의 컬러 시프트가 작은 화상 표시 장치를 실현할 수 있는 위상차층 부착 편광판을 제공하는 것이다.
본 발명의 위상차층 부착 편광판은 편광자를 포함하는 편광판과; 편광판에 인접하여 배치된, 굴절률 특성이 nx>ny=nz의 관계를 나타내는 제1 위상차층과; 제1 위상차층에 인접하여 배치된, 굴절률 특성이 nz>nx>ny의 관계를 나타내는 제2 위상차층을 포함한다. 편광자의 흡수축과 제1 위상차층의 지상축은 실질적으로 직교하고 있으며, 편광자의 흡수축과 제2 위상차층의 지상축은 실질적으로 평행이다.

Description

위상차층 부착 편광판 및 화상 표시 장치{POLARIZING PLATE HAVING PHASE DIFFERENCE LAYER ATTACHED THERETO, AND IMAGE DISPLAY DEVICE}
본 발명은 위상차층 부착 편광판 및 화상 표시 장치에 관한 것이다.
화상 표시 장치(예컨대, 액정 표시 장치)에는, 일반적으로 광학적인 보상을 행하기 위하여 편광자와 위상차 필름을 조합한 다양한 광학 필름이 사용되고 있다. 상기 광학 필름의 일종인 원편광판은, 통상적으로 편광자와 λ/4판을 조합함으로써 제조할 수 있다. 그러나, λ/4판은 파장이 단파장 측으로 됨에 따라 위상차 값이 커지는 특성, 이른바 '양의 파장 분산 특성'을 나타내고, 또한, 그 파장 분산 특성이 큰 것이 일반적이다. 이 때문에, 넓은 파장 범위에 걸쳐 소망하는 광학 특성(예컨대, λ/4판으로서의 기능)을 발휘할 수 없다는 문제가 있다. 이와 같은 문제를 회피하기 위하여, 근래 파장이 장파장 측으로 됨에 따라 위상차 값이 커지는 파장 분산 특성, 이른바 '역분산 특성'을 나타내는 위상차 필름이 제안되고 있다. 그러나, 역분산 특성을 나타내는 위상차 필름에는 비용면에서 문제가 있다.
상기와 같은 문제에 대응하기 위하여, 양의 파장 분산 특성을 갖는 λ/4판에 여러 가지 위상차 필름을 조합함으로써, λ/4판의 파장 분산 특성을 보정하는 기술이 제안되고 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조). 그러나, 이들 기술은 흑색 표시 시의 경사 방향의 휘도가 충분히 작아지지 않고, 또한, 경사 방향의 컬러 시프트가 크다는 문제가 있다.
일본 특허공보 제3174367호
본 발명은 상기 종래의 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 그 주된 목적으로 하는 바는, 흑색 표시 시의 경사 방향의 휘도가 작고, 또한, 경사 방향의 컬러 시프트가 작은 화상 표시 장치를 실현할 수 있는 위상차층 부착 편광판을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시형태에 따른 위상차층 부착 편광판은, 편광자를 포함하는 편광판과, 해당 편광판에 인접하여 배치된, 굴절률 특성이 nx>ny=nz의 관계를 나타내는 제1 위상차층과, 해당 제1 위상차층에 인접하여 배치된, 굴절률 특성이 nz>nx>ny의 관계를 나타내는 제2 위상차층을 포함한다. 해당 편광자의 흡수축과 해당 제1 위상차층의 지상축은 실질적으로 직교하고 있으며, 해당 편광자의 흡수축과 해당 제2 위상차층의 지상축은 실질적으로 평행이다.
하나의 실시형태에서는, 상기 제1 위상차층과 상기 제2 위상차층의 적층체는 하기의 관계를 만족한다:
0.82<Re(450)/Re(550)<1.2
0.8<Re(650)/Re(550)<1.18.
본 발명의 다른 국면에 의하면, 화상 표시 장치가 제공된다. 이 화상 표시 장치는 화상 표시 셀과, 해당 화상 표시 셀의 시인 측에 배치된 상기 위상차층 부착 편광판을 포함한다.
하나의 실시형태에서는, 상기 화상 표시 장치는 IPS 모드의 액정 표시 장치이다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 위상차층 부착 편광판에서, 편광판 측으로부터 순서대로 굴절률 특성이 nx>ny=nz의 관계를 나타내는 제1 위상차층 및 굴절률 특성이 nz>nx>ny의 관계를 나타내는 제2 위상차층을 배치함으로써, 역분산 특성을 나타내는 위상차 필름을 이용하지 않고, 흑색 표시 시의 경사 방향의 휘도가 작고, 또한, 경사 방향의 컬러 시프트가 작은 화상 표시 장치를 실현할 수 있는 위상차층 부착 편광판을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 위상차층 부착 편광판의 개략 단면도이다.
도 2는 실시예 1의 액정 표시 장치의 컬러 시프트도이다.
도 3은 비교예 1의 액정 표시 장치의 컬러 시프트도이다.
도 4는 비교예 2의 액정 표시 장치의 컬러 시프트도이다.
도 5는 비교예 3의 액정 표시 장치의 컬러 시프트도이다.
도 6은 비교예 4의 액정 표시 장치의 컬러 시프트도이다.
이하, 본 발명의 대표적인 실시형태에 대하여 설명하지만, 본 발명은 이들 실시형태로는 한정되지 않는다.
(용어 및 기호의 정의)
본 명세서에서의 용어 및 기호의 정의는 하기와 같다.
(1) 굴절률(nx, ny, nz)
'nx'는 면내 굴절률이 최대가 되는 방향(즉, 지상축 방향)의 굴절률이고, 'ny'는 면내에서 지상축과 직교하는 방향(즉, 진상축 방향)의 굴절률이며, 'nz'는 두께 방향의 굴절률이다.
(2) 면내 위상차(Re)
'Re(λ)'는 23℃에서의 파장 λnm의 광으로 측정한 면내 위상차이다. 예컨대, 'Re(550)'는 23℃에서의 파장 550nm의 광으로 측정한 면내 위상차이다. Re(λ)은 층(필름)의 두께를 d(nm)로 하였을 때, 식: Re(λ)=(nx-ny)×d에 의해 구해진다.
(3) 두께 방향의 위상차(Rth)
'Rth(λ)'은 23℃에서의 파장 λnm의 광으로 측정한 두께 방향의 위상차이다. 예컨대, 'Rth(550)'는 23℃에서의 파장 550nm의 광으로 측정한 두께 방향의 위상차이다. Rth(λ)는 층(필름)의 두께를 d(nm)로 하였을 때, 식: Rth(λ)=(nx-nz)×d에 의해 구해진다.
(4) Nz 계수
Nz 계수는 Nz=Rth/Re에 의해 구해진다.
(5) 실질적으로 평행 또는 직교
'실질적으로 평행'이란, 0°±5.0°인 경우를 포함하며, 바람직하게는 0°±3.0°, 더욱 바람직하게는 0°±1.0°이다. '실질적으로 직교'란, 90°±5.0°인 경우를 포함하며, 바람직하게는 90°±3.0°, 더욱 바람직하게는 90°±1.0°이다. 또한, 본 명세서에서 단순히 '평행' 또는 '직교'라고 할 때는, 실질적으로 평행 또는 직교인 경우도 포함한다.
(6) 각도
본 명세서에서 각도로 언급할 때는, 당해 각도는 기준 방향에 대하여 시계 방향 및 반시계 방향 양쪽을 포함한다. 따라서, 예컨대 '45°'는 ±45°를 의미한다.
A. 위상차층 부착 편광판의 전체 구성
도 1은, 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 위상차층 부착 편광판의 개략 단면도이다. 도시예의 위상차층 부착 편광판(100)은 편광판(10)과 제1 위상차층(20)과 제2 위상차층(30)을 포함한다. 편광판(10)은 편광자(11)와, 편광자(11)의 한쪽 측에 배치된 제1 보호층(12)과, 편광자(11)의 다른 한쪽 측에 배치된 제2 보호층(13)을 포함한다. 목적에 따라 제1 보호층(12) 및 제2 보호층(13)의 한쪽은 생략되어도 된다. 예컨대, 제1 위상차층(20)이 편광자(11)의 보호층으로서도 기능할 수 있는 경우에는, 제2 보호층(13)은 생략되어도 된다.
제1 위상차층(20)은, 대표적으로는 도시예와 같이, 편광판(10)에 인접하여 배치되어 있다. 제1 위상차층(20)은, 굴절률 특성이 nx>ny=nz의 관계를 나타낸다. 제2 위상차층(30)은, 대표적으로는 도시예와 같이 제1 위상차층(20)에 인접하여 배치되어 있다. 제2 위상차층(30)은, 굴절률 특성이 nz>nx>ny의 관계를 나타낸다. 본 명세서에서 '인접하여 배치'란, 직접 적층되어 있거나 접착층(예컨대, 접착제층 또는 점착제층)만을 개재하여 적층되어 있는 것을 의미한다. 즉, 편광판(10)과 제1 위상차층(20)과의 사이, 및 제1 위상차층(20)과 제2 위상차층(30)과의 사이에 광학 기능층(예컨대, 다른 위상차층)이 개재하지 않는 것을 의미한다. 한편, 도시한 구성은 어디까지나 예시이며, 편광판(10)과 제1 위상차층(20)과의 사이, 및/또는 제1 위상차층(20)과 제2 위상차층(30)과의 사이에, 목적에 따른 임의의 적절한 광학 기능층이 배치될 수 있는 것은 물론이다.
제1 위상차층(20)은, 그의 지상축이 편광자(11)의 흡수축에 대하여 직교하도록 배치되어 있다. 제2 위상차층(30)은, 그의 지상축이 편광자(11)의 흡수축에 대하여 평행하게 되도록 배치되어 있다. 각각 상기와 같은 특정 굴절률 특성을 갖는 제1 위상차층(20) 및 제2 위상차층(30)을 상기와 같은 순서로 적층하고, 그리고 제1 위상차층(20) 및 제2 위상차층(30)의 지상축 방향을 편광자의 흡수축 방향에 대하여 이와 같이 설정함으로써, 흑색 표시 시의 경사 방향의 휘도가 작고, 또한, 경사 방향의 컬러 시프트가 작은 화상 표시 장치를 실현할 수 있는 위상차층 부착 편광판을 얻을 수 있다.
위상차층 부착 편광판은 도전층 또는 도전층 부착 등방성 기재(도시하지 않음)를 더 포함하고 있어도 된다. 도전층 또는 도전층 부착 등방성 기재는, 대표적으로는 제2 위상차층(30)의 외측(편광판(10)과 반대 측)에 설치된다. 도전층 또는 도전층 부착 등방성 기재가 설치되는 경우, 위상차층 부착 편광판은 화상 표시 셀(예컨대, 액정 셀, 유기 EL 셀)과 편광판과의 사이에 터치 센서가 내장된, 이른바 이너 터치 패널형 입력 표시 장치에 적용될 수 있다.
위상차층 부착 편광판은 그 외의 위상차층을 더 포함하고 있어도 된다. 그 외의 위상차층의 광학적 특성(예컨대, 굴절률 특성, 면내 위상차, Nz 계수, 광탄성 계수), 두께, 배치 위치 등은, 목적에 따라 적절하게 설정될 수 있다.
위상차층 부착 편광판은 매엽상이어도 되고 장척상이어도 된다. 본 명세서에서 '장척상'이란, 폭에 대하여 길이가 충분히 긴 세장(細長) 형상을 의미하며, 예컨대 폭에 대하여 길이가 10배 이상, 바람직하게는 20배 이상인 세장 형상을 포함한다. 장척상의 위상차층 부착 편광판은 롤상으로 권회 가능하다.
실용적으로는, 제2 위상차층의 편광판과 반대 측에는 점착제층(도시하지 않음)이 설치되며, 위상차층 부착 편광판은 화상 표시 셀에 첩부(貼付) 가능하게 되어 있다. 또한, 점착제층의 표면에는, 위상차층 부착 편광판이 사용에 제공될 때까지 박리 필름이 가착되어 있는 것이 바람직하다. 박리 필름을 가착함으로써, 점착제층을 보호함과 함께 롤 형성이 가능해진다.
위상차층 부착 편광판의 전체 두께는 바람직하게는 20㎛∼200㎛이고, 더욱 바람직하게는 40㎛∼170㎛이며, 특히 바람직하게는 50㎛∼120㎛이다. 이하, 위상차층 부착 편광판을 구성하는 각 층의 상세한 사항에 대하여 설명한다.
B. 편광판
B-1. 편광자
편광자(11)로서는 임의의 적절한 편광자가 채용될 수 있다. 예컨대, 편광자를 형성하는 수지 필름은 단층의 수지 필름이어도 되고, 2층 이상의 적층체이어도 된다.
단층의 수지 필름으로 구성되는 편광자의 구체예로서는 폴리비닐알코올(PVA)계 필름, 부분 포르말화 PVA계 필름, 에틸렌·초산비닐 공중합체계 부분 비누화 필름 등의 친수성 고분자 필름에, 요오드나 이색성 염료 등의 이색성 물질에 의한 염색 처리 및 연신 처리가 실시된 것, PVA의 탈수 처리물이나 폴리염화비닐의 탈염산 처리물 등 폴리엔계 배향 필름 등을 들 수 있다. 바람직하게는, 광학 특성이 우수한 점에서 PVA계 필름을 요오드로 염색하고 1축 연신하여 얻어진 편광자가 이용된다.
상기 요오드에 의한 염색은, 예컨대 PVA계 필름을 요오드 수용액에 침지함으로써 행해진다. 상기 1축 연신의 연신 배율은, 바람직하게는 3∼7배이다. 연신은, 염색 처리 후에 행하여도 되고, 염색하면서 행하여도 된다. 또한, 연신한 다음 염색하여도 된다. 필요에 따라, PVA계 필름에 팽윤 처리, 가교 처리, 세정 처리, 건조 처리 등이 실시된다. 예컨대, 염색 전에 PVA계 필름을 물에 침지하여 수세함으로써, PVA계 필름 표면의 오염이나 블로킹 방지제를 세정할 수 있을 뿐만 아니라, PVA계 필름을 팽윤시켜 염색 얼룩 등을 방지할 수 있다.
적층체를 이용하여 얻어지는 편광자의 구체예로서는, 수지 기재와 당해 수지 기재에 적층된 PVA계 수지층(PVA계 수지 필름)과의 적층체, 또는 수지 기재와 당해 수지 기재에 도포 형성된 PVA계 수지층과의 적층체를 이용하여 얻어지는 편광자를 들 수 있다. 수지 기재와 당해 수지 기재에 도포 형성된 PVA계 수지층과의 적층체를 이용하여 얻어지는 편광자는, 예컨대 PVA계 수지 용액을 수지 기재에 도포하고 건조시켜 수지 기재 위에 PVA계 수지층을 형성하여, 수지 기재와 PVA계 수지층과의 적층체를 얻는 것; 당해 적층체를 연신 및 염색하여 PVA계 수지층을 편광자로 하는 것;에 의해 제작될 수 있다. 본 실시형태에서는, 연신은 대표적으로는 적층체를 붕산 수용액 중에 침지시켜 연신하는 것을 포함한다. 또한, 연신은 필요에 따라 붕산 수용액 중에서의 연신 전에 적층체를 고온(예컨대, 95℃ 이상)에서 공중 연신하는 것을 더 포함할 수 있다. 얻어진 수지 기재/편광자의 적층체는 그대로 이용하여도 되고(즉, 수지 기재를 편광자의 보호층으로 하여도 되고), 수지 기재/편광자의 적층체로부터 수지 기재를 박리하고 당해 박리면에 목적에 따른 임의의 적절한 보호층을 적층하여 이용하여도 된다. 이와 같은 편광자의 제조 방법의 상세한 사항은, 예컨대 일본 공개특허공보 제2012-73580호, 일본 특허공보 제6470455호에 기재되어 있다. 이들 공보는 그 전체의 기재가 본 명세서에 참고로서 원용된다.
편광자의 두께는 바람직하게는 15㎛ 이하이고, 보다 바람직하게는 1㎛∼12㎛이며, 더욱 바람직하게는 3㎛∼12㎛이고, 특히 바람직하게는 3㎛∼8㎛이다. 편광자의 두께가 이와 같은 범위이면, 가열 시의 컬을 양호하게 억제할 수 있으며, 그리고 양호한 가열 시의 외관 내구성이 얻어진다.
편광자는 바람직하게는 파장 380nm∼780nm의 어느 파장에서 흡수 이색성을 나타낸다. 편광자의 단체 투과율은 예컨대 41.5%∼46.0%이고, 바람직하게는 43.0%∼46.0%이며, 보다 바람직하게는 44.5%∼46.0%이다. 편광자의 편광도는 바람직하게는 97.0% 이상이고, 보다 바람직하게는 99.0% 이상이며, 더욱 바람직하게는 99.9% 이상이다.
B-2. 보호층
보호층(12) 및 보호층(13)(존재하는 경우)은, 각각 편광자의 보호층으로서 사용할 수 있는 임의의 적절한 필름으로 형성된다. 당해 필름의 주성분이 되는 재료의 구체예로서는, 트리아세틸셀룰로오스(TAC) 등의 셀룰로오스계 수지나, 폴리에스테르계, 폴리비닐알코올계, 폴리카보네이트계, 폴리아미드계, 폴리이미드계, 폴리에테르설폰계, 폴리설폰계, 폴리스티렌계, 폴리노보넨계, 폴리올레핀계, (메트)아크릴계, 아세테이트계 등의 투명 수지 등을 들 수 있다. 또한, (메트)아크릴계, 우레탄계, (메트)아크릴우레탄계, 에폭시계, 실리콘계 등의 열경화형 수지 또는 자외선 경화형 수지 등도 들 수 있다. 이 밖에도, 예컨대 실록산계 폴리머 등의 유리질계 폴리머도 들 수 있다. 또한, 일본 공개특허공보 제2001-343529호(WO01/37007)에 기재된 폴리머 필름도 사용할 수 있다. 이 필름의 재료로서는, 예컨대 측쇄에 치환 또는 비치환의 이미드기를 갖는 열가소성 수지와, 측쇄에 치환 또는 비치환의 페닐기 및 니트릴기를 갖는 열가소성 수지를 함유하는 수지 조성물을 사용할 수 있으며, 예컨대 이소부텐과 N-메틸말레이미드로 이루어진 교호 공중합체와, 아크릴로니트릴·스티렌 공중합체를 포함하는 수지 조성물을 들 수 있다. 당해 폴리머 필름은, 예컨대 상기 수지 조성물의 압출 성형물일 수 있다.
위상차층 부착 편광판은, 후술하는 바와 같이 대표적으로는 화상 표시 장치의 시인 측에 배치되고, 보호층(12)은 그의 시인 측에 배치된다. 따라서, 보호층(12)에는 필요에 따라 하드 코트 처리, 반사 방지 처리, 스티킹 방지 처리, 안티글레어 처리 등의 표면 처리가 실시되어 있어도 된다. 또한/또는, 보호층(12)에는 필요에 따라 편광 선글라스를 통하여 시인하는 경우의 시인성을 개선하는 처리(대표적으로는, (타)원편광 기능을 부여하는 것, 초고위상차를 부여하는 것)이 실시되어 있어도 된다. 이와 같은 처리를 실시함으로써, 편광 선글라스 등의 편광 렌즈를 통하여 표시 화면을 시인한 경우에도 우수한 시인성을 실현할 수 있다. 따라서, 위상차층 부착 편광판은 실외에서 이용될 수 있는 화상 표시 장치에도 적합하게 적용될 수 있다.
보호층(12)의 두께는 바람직하게는 5㎛∼80㎛, 보다 바람직하게는 10㎛∼40㎛, 더욱 바람직하게는 10㎛∼30㎛이다. 또한, 표면 처리가 실시되어 있는 경우, 보호층(12)의 두께는 표면 처리층의 두께를 포함한 두께이다.
보호층(13)은, 하나의 실시형태에서는 광학적으로 등방성인 것이 바람직하다. 본 명세서에서 '광학적으로 등방성인'이란, 면내 위상차 Re(550)가 0nm∼10nm이고, 두께 방향의 위상차 Rth(550)가 -10nm∼+10nm인 것을 말한다. 보호층(13)은, 다른 실시형태에서는 임의의 적절한 위상차 값을 갖는 위상차층일 수 있다. 이 경우, 위상차층의 면내 위상차 Re(550)는 예컨대 110nm∼150nm이다. 보호층(13)의 두께는 바람직하게는 5㎛∼80㎛, 보다 바람직하게는 10㎛∼40㎛, 더욱 바람직하게는 10㎛∼30㎛이다. 박형화의 관점에서는, 보호층(13)은 하나의 실시형태에서는 생략될 수 있다.
C. 제1 위상차층
제1 위상차층(20)은, 상기와 같이 굴절률 특성이 nx>ny=nz의 관계를 나타낸다. 이와 같은 굴절률 특성을 나타내는 층(필름)은 '양의 1축 플레이트', '포지티브 A 플레이트' 등으로 칭해지는 경우가 있다. 여기서 'ny=nz'는 ny와 nz가 엄밀하게 동일한 경우 뿐만 아니라, ny와 nz가 실질적으로 동일한 경우도 포함한다. 구체적으로는, Nz 계수가 0.9 초과 1.1 미만인 것을 말한다. 제1 위상차층의 면내 위상차 Re(550)는 바람직하게는 80nm∼200nm이고, 보다 바람직하게는 100nm∼160nm이며, 더욱 바람직하게는 110nm∼150nm이다. 이와 같은 광학 특성을 갖는 제1 위상차층을 설치함으로써, 편광자의 흡수축을 적합하게 보상할 수 있으며, 화상 표시 장치의 흑색 표시 시의 경사 방향의 휘도를 감소시킬 수 있다. 또한, 경사 방향의 컬러 시프트를 저감할 수 있다.
제1 위상차층을 형성하는 재료로서는, 상기와 같은 특성이 얻어지는 한도에서 임의의 적절한 재료가 채용될 수 있다. 구체적으로는, 제1 위상차층은 액정 화합물의 배향 고화층(액정 배향 고화층)이어도 되고, 위상차 필름(고분자 필름의 연신 필름)이어도 된다.
제1 위상차층이 액정 배향 고화층인 경우, 액정 화합물을 이용함으로써, 얻어지는 위상차층의 nx와 ny와의 차이를 비액정 재료에 비해 현격히 크게 할 수 있기 때문에, 소망하는 면내 위상차를 얻기 위한 위상차층의 두께를 현격히 작게 할 수 있다. 그 결과, 위상차층 부착 편광판(결과로서, 화상 표시 장치)의 가일층의 박형화를 실현할 수 있다. 본 명세서에서 '배향 고화층'이란, 액정 화합물이 층 내에서 소정의 방향으로 배향하고, 그 배향 상태가 고정되어 있는 층을 말한다. 또한, '배향 고화층'은, 후술하는 바와 같이 액정 모노머를 경화시켜 얻어지는 배향 경화층을 포함하는 개념이다. 본 실시형태에서는, 대표적으로는 막대상의 액정 화합물이 제1 위상차층의 지상축 방향으로 늘어선 상태로 배향하고 있다(호모지니어스 배향).
액정 화합물로서는, 예컨대 액정상이 네마틱상인 액정 화합물(네마틱 액정)을 들 수 있다. 이와 같은 액정 화합물로서, 예컨대 액정 폴리머나 액정 모노머가 사용 가능하다. 액정 화합물의 액정성의 발현 기구는 리오트로픽이어도 서모트로픽이어도 어느 것이어도 된다. 액정 폴리머 및 액정 모노머는, 각각 단독으로 이용하여도 되고, 조합하여도 된다.
액정 화합물이 액정성 모노머인 경우, 예컨대 중합성 모노머 및/또는 가교성 모노머인 것이 바람직하다. 이것은, 액정성 모노머를 중합 또는 가교시킴으로써, 액정성 모노머의 배향 상태를 고정할 수 있기 때문이다. 액정성 모노머를 배향시킨 후에, 예컨대 액정성 모노머끼리를 중합 또는 가교시키면, 그에 따라 상기 배향 상태를 고정할 수 있다. 여기서, 중합에 의해 폴리머가 형성되고, 가교에 의해 3차원 망목 구조가 형성되지만, 이들은 비액정성이다. 따라서, 형성된 제1 위상차층은 예컨대 액정성 화합물에 특유의 온도 변화에 따른 액정상, 유리상, 결정상으로의 전이가 일어나는 것은 아니다. 그 결과, 형성된 제1 위상차층은 온도 변화에 영향을 받지 않는 극히 안정성이 우수한 위상차층이 된다.
액정 화합물의 구체예 및 액정 배향 고화층의 형성 방법의 상세한 사항은, 예컨대 일본 공개특허공보 제2006-163343호, 일본 공개특허공보 제2006-178389호에 기재되어 있다. 이들 공보의 기재는 본 명세서에 참고로서 원용된다.
제1 위상차층은, 상기와 같은 고분자 필름의 연신 필름이어도 된다. 구체적으로는 폴리머의 종류, 연신 조건(예컨대, 연신 온도, 연신 배율, 연신 방향), 연신 방법 등을 적절하게 선택함으로써, 상기 소망하는 광학 특성(예컨대, 굴절률 특성, 면내 위상차, 두께 방향의 위상차)을 갖는 제1 위상차층을 얻을 수 있다. 보다 구체적으로는, 연신 온도는 바람직하게는 110℃∼170℃이고, 보다 바람직하게는 130℃∼150℃이다. 연신 배율은 바람직하게는 1.37배∼1.67배이고, 보다 바람직하게는 1.42배∼1.62배이다. 연신 방법으로서는, 예컨대 횡 1축 연신을 들 수 있다.
상기 고분자 필름을 형성하는 수지로서는 임의의 적절한 수지가 채용될 수 있다. 구체예로서는 노보넨계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 셀룰로오스계 수지, 폴리비닐알코올계 수지, 폴리설폰계 수지 등의 양의 복굴절 필름을 구성하는 수지를 들 수 있다. 그 중에서도, 노보넨계 수지, 폴리카보네이트계 수지가 바람직하다.
상기 노보넨계 수지는 노보넨계 모노머를 중합 단위로서 중합되는 수지이다. 당해 노보넨계 모노머로서는, 예컨대 노보넨 및 그의 알킬 및/또는 알킬리덴 치환체, 예컨대 5-메틸-2-노보넨, 5-디메틸-2-노보넨, 5-에틸-2-노보넨, 5-부틸-2-노보넨, 5-에틸리덴-2-노보넨 등, 이들 할로겐 등의 극성기 치환체; 디시클로펜타디엔, 2,3-디히드로디시클로펜타디엔 등; 디메타노옥타히드로나프탈렌, 그의 알킬 및/또는 알킬리덴 치환체, 및 할로겐 등의 극성기 치환체, 예컨대 6-메틸-1,4:5,8-디메타노-1,4,4a,5,6,7,8,8a-옥타히드로나프탈렌, 6-에틸-1,4:5,8-디메타노-1,4,4a,5,6,7,8,8a-옥타히드로나프탈렌, 6-에틸리덴-1,4:5,8-디메타노-1,4,4a,5,6,7,8,8a-옥타히드로나프탈렌, 6-클로로-1,4:5,8-디메타노-1,4,4a,5,6,7,8,8a-옥타히드로나프탈렌, 6-시아노-1,4:5,8-디메타노-1,4,4a,5,6,7,8,8a-옥타히드로나프탈렌, 6-피리딜-1,4:5,8-디메타노-1,4,4a,5,6,7,8,8a-옥타히드로나프탈렌, 6-메톡시카보닐-1,4:5,8-디메타노-1,4,4a,5,6,7,8,8a-옥타히드로나프탈렌 등; 시클로펜타디엔의 3∼4량체, 예컨대 4,9:5,8-디메타노-3a,4,4a,5,8,8a,9,9a-옥타히드로-1H-벤조인덴, 4,11:5,10:6,9-트리메타노-3a,4,4a,5,5a,6,9,9a,10,10a,11,11a-도데카히도로-1H-시클로펜타안트라센 등을 들 수 있다. 상기 노보넨계 수지는 노보넨계 모노머와 다른 모노머와의 공중합체이어도 된다.
상기 폴리카보네이트계 수지로서는, 바람직하게는 방향족 폴리카보네이트가 이용된다. 방향족 폴리카보네이트는, 대표적으로는 카보네이트 전구 물질과 방향족 2가 페놀 화합물과의 반응에 의해 얻을 수 있다. 카보네이트 전구 물질의 구체예로서는 포스겐, 2가 페놀류의 비스클로로포메이트, 디페닐카보네이트, 디-p-톨릴카보네이트, 페닐-p-톨릴카보네이트, 디-p-클로로페닐카보네이트, 디나프틸카보네이트 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 포스겐, 디페닐카보네이트가 바람직하다. 방향족 2가 페놀 화합물의 구체예로서는 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(4-히드록시-3,5-디메틸페닐)프로판, 비스(4-히드록시페닐)메탄, 1,1-비스(4-히드록시페닐)에탄, 2,2-비스(4-히드록시페닐)부탄, 2,2-비스(4-히드록시-3,5-디메틸페닐)부탄, 2,2-비스(4-히드록시-3,5-디프로필페닐)프로판, 1,1-비스(4-히드록시페닐)시클로헥산, 1,1-비스(4-히드록시페닐)-3,3,5-트리메틸시클로헥산 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 이용하여도 된다. 바람직하게는 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판, 1,1-비스(4-히드록시페닐)시클로헥산, 1,1-비스(4-히드록시페닐)-3,3,5-트리메틸시클로헥산이 이용된다. 특히, 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판과 1,1-비스(4-히드록시페닐)-3,3,5-트리메틸시클로헥산을 함께 사용하는 것이 바람직하다.
제1 위상차층의 두께는 소망하는 광학 특성이 얻어지도록 설정될 수 있다. 제1 위상차층이 액정 배향 고화층인 경우, 두께는 바람직하게는 0.5㎛∼10㎛이고, 보다 바람직하게는 0.5㎛∼8㎛이며, 더욱 바람직하게는 0.5∼5㎛이다. 제1 위상차층이 고분자 필름의 연신 필름인 경우, 두께는 바람직하게는 5㎛∼55㎛이고, 보다 바람직하게는 10㎛∼50㎛이며, 더욱 바람직하게는 15㎛∼45㎛이다.
D. 제2 위상차층
제2 위상차층(30)은, 상기와 같이 굴절률 특성이 nz>nx>ny의 관계를 나타낸다. 이와 같은 굴절률 특성을 나타내는 층(필름)은 '양의 2축 플레이트', '포지티브 B 플레이트' 등으로 칭해지는 경우가 있다.
제2 위상차층의 면내 위상차 Re(550)는 바람직하게는 0nm∼70nm이고, 보다 바람직하게는 20nm∼70nm이며, 더욱 바람직하게는 30nm∼50nm이다. 제2 위상차층의 두께 방향의 위상차 Rth(550)는 바람직하게는 -200nm∼-50nm이고, 보다 바람직하게는 -120nm∼-70nm, 더욱 바람직하게는 -110nm∼-80nm이다. 제2 위상차층의 Nz 계수는 바람직하게는 -1.0 이하이고, 보다 바람직하게는 -10∼-1.0이며, 더욱 바람직하게는 -8.0∼-1.6이다. 이와 같은 광학 특성을 갖는 제2 위상차층을 설치함으로써, 편광자의 흡수축을 적합하게 보상할 수 있으며, 화상 표시 장치의 흑색 표시 시의 경사 방향의 휘도를 감소시킬 수 있다. 또한, 경사 방향의 컬러 시프트를 저감할 수 있다.
제2 위상차층의 두께는 바람직하게는 1㎛∼170㎛이고, 보다 바람직하게는 2㎛∼150㎛이며, 더욱 바람직하게는 3㎛∼120㎛이고, 특히 바람직하게는 4㎛∼50㎛이다. 제2 위상차층의 두께가 이와 같은 범위 내인 것에 의해, 제조 시의 핸들링성이 우수하고, 또한, 얻어지는 화상 표시 장치의 광학적 균일성을 높일 수 있다.
제2 위상차층은 임의의 적절한 구성일 수 있다. 구체적으로는, 위상차 필름 단독이어도 되고, 동일 또는 상이한 2매 이상의 위상차 필름의 적층체이어도 된다. 적층체인 경우, 제2 위상차층은 2매 이상의 위상차 필름을 첩착하기 위한 점착제층이나 접착제층을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 제2 위상차층은 단독의 위상차 필름이다. 이와 같은 구성을 채용함으로써, 편광자의 수축 응력 및/또는 광원의 열에 의한 위상차 값의 어긋남이나 편차를 감소할 수 있고, 또한, 얻어지는 화상 표시 장치의 박형화에 기여할 수 있다.
위상차 필름의 광학 특성은, 제2 위상차층의 구성에 따라 임의의 적절한 값으로 설정될 수 있다. 예컨대, 제2 위상차층이 위상차 필름 단독인 경우에는, 당해 위상차 필름의 광학 특성은 상기 제2 위상차층의 광학 특성과 동일하게 하는 것이 바람직하다. 따라서, 당해 위상차 필름을 편광자 및/또는 제1 위상차층 등에 적층할 때 이용되는 점착제층, 접착제층 등의 위상차 값은, 가능한 한 작은 것이 바람직하다.
위상차 필름으로서는 투명성, 기계적 강도, 열 안정성, 수분 차폐성 등이 우수하고, 변형에 의해 광학적인 편차가 생기기 어려운 필름이 바람직하게 이용된다. 위상차 필름으로서는 바람직하게는 열가소성 수지를 주성분으로 하는 고분자 필름의 연신 필름이 이용된다. 당해 열가소성 수지로서는, 바람직하게는 음의 복굴절을 나타내는 폴리머가 이용된다. 음의 복굴절을 나타내는 폴리머를 이용함으로써, nz>nx>ny의 굴절률 타원체를 포함하는 위상차 필름을 간편하게 얻을 수 있다. 여기서 '음의 복굴절을 나타내는'이란, 폴리머를 연신 등에 의해 배향시킨 경우에, 그의 연신 방향의 굴절률이 상대적으로 작아지는 것을 말한다. 환언하면, 연신 방향과 직교하는 방향의 굴절률이 커지는 것을 말한다. 음의 복굴절을 나타내는 폴리머로서는, 예컨대 방향환이나 카보닐기 등의 분극 이방성이 큰 화학 결합이나 관능기가 측쇄에 도입된 폴리머를 들 수 있다. 구체적으로는 아크릴계 수지, 스티렌계 수지, 말레이미드계 수지 등을 들 수 있다.
상기 아크릴계 수지는, 예컨대 아크릴레이트계 모노머를 부가 중합시킴으로써 얻을 수 있다. 아크릴계 수지로서는, 예컨대 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리부틸메타크릴레이트, 폴리시클로헥실메타크릴레이트 등을 들 수 있다.
상기 스티렌계 수지는, 예컨대 스티렌계 모노머를 부가 중합시킴으로써 얻을 수 있다. 스티렌계 모노머로서는, 예컨대 스티렌, α-메틸스티렌, o-메틸스티렌, p-메틸스티렌, p-클로로스티렌, p-니트로스티렌, p-아미노스티렌, p-카복시스티렌, p-페닐스티렌, 2,5-디클로로스티렌, p-t-부틸스티렌 등을 들 수 있다.
상기 말레이미드계 수지는, 예컨대 말레이미드계 모노머를 부가 중합시킴으로써 얻을 수 있다. 말레이미드계 모노머로서는, 예컨대 N-에틸말레이미드, N-시클로헥실말레이미드, N-페닐말레이미드, N-(2-메틸페닐)말레이미드, N-(2-에틸페닐)말레이미드, N-(2-프로필페닐)말레이미드, N-(2-이소프로필페닐)말레이미드, N-(2,6-디메틸페닐)말레이미드, N-(2,6-디프로필페닐)말레이미드, N-(2,6-디이소프로필페닐)말레이미드, N-(2-메틸-6-에틸페닐)말레이미드, N-(2-클로로페닐)말레이미드, N-(2,6-디클로로페닐)말레이미드, N-(2-브로모페닐)말레이미드, N-(2,6-디브로모페닐)말레이미드, N-(2-비페닐)말레이미드, N-(2-시아노페닐)말레이미드 등을 들 수 있다. 말레이미드계 모노머는, 예컨대 도쿄화성공업(주) 등으로부터 입수할 수 있다.
상기 부가 중합에서, 중합 후에, 측쇄를 치환하거나 말레이미드화나 그래프트화 반응시키거나 하는 것 등에 의해, 얻어지는 수지의 복굴절 특성을 제어할 수도 있다.
상기 음의 복굴절을 나타내는 폴리머는, 다른 모노머가 공중합되어 있어도 된다. 다른 모노머가 공중합됨으로써, 취성이나 성형 가공성, 내열성이 개선될 수 있다. 당해 다른 모노머로서는 예컨대 에틸렌, 프로필렌, 1-부텐, 1,3-부타디엔, 2-메틸-1-부텐, 2-메틸-1-펜텐, 1-헥센 등의 올레핀; 아크릴로니트릴; 아크릴산 메틸, 메타크릴산 메틸 등의 (메트)아크릴레이트; 무수 말레산; 초산 비닐 등의 비닐에스테르 등을 들 수 있다.
상기 음의 복굴절을 나타내는 폴리머가 상기 스티렌계 모노머와 상기 다른 모노머와의 공중합체인 경우, 스티렌계 모노머의 배합률은 바람직하게는 50몰%∼80몰%이다. 상기 음의 복굴절을 나타내는 모노머가 상기 말레이미드계 모노머와 상기 다른 모노머와의 공중합체인 경우, 말레이미드계 모노머의 배합률은 바람직하게는 2몰%∼50몰%이다. 이와 같은 범위로 배합시킴으로써, 인성 및 성형 가공성이 우수한 고분자 필름을 얻을 수 있다.
상기 음의 복굴절을 나타내는 폴리머로서는, 바람직하게는 스티렌-무수 말레산 공중합체, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, 스티렌-(메트)아크릴레이트 공중합체, 스티렌-말레이미드 공중합체, 비닐에스테르-말레이미드 공중합체, 올레핀-말레이미드 공중합체 등이 이용된다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 이용할 수 있다. 이들 폴리머는 높은 음의 복굴절을 나타내고, 또한, 내열성이 우수할 수 있다. 이들 폴리머는, 예컨대 노바·케미컬·재팬이나 아라카와화학공업(주) 등으로부터 입수할 수 있다.
상기 음의 복굴절을 나타내는 폴리머로서, 바람직하게는 하기 일반식(I)으로 나타내는 반복 단위를 포함하는 폴리머도 이용된다. 이와 같은 폴리머는 보다 한층 높은 음의 복굴절을 나타내고, 또한, 내열성, 기계적 강도가 우수할 수 있다. 이와 같은 폴리머는, 예컨대 출발 원료인 말레이미드계 모노머의 N 치환기로서, 적어도 오르토 위치에 치환기를 갖는 페닐기를 도입한 N-페닐치환말레이미드를 이용함으로써 얻을 수 있다.
Figure pat00001
상기 식(I) 중 R1∼R5는, 각각 독립적으로 수소, 할로겐 원자, 카복실산, 카복실산 에스테르, 수산기, 니트로기, 또는 탄소수 1∼8의 직쇄 또는 분지의 알킬기 또는 알콕시기를 나타내고(단, R1 및 R5는 동시에 수소 원자는 아님), R6 및 R7은 수소 또는 탄소수 1∼8의 직쇄 또는 분지의 알킬기 또는 알콕시기를 나타내며, n은 2 이상의 정수를 나타낸다.
상기 음의 복굴절을 나타내는 폴리머로서는 상기에 한정되지 않으며, 예컨대 일본 공개특허공보 제2005-350544호 등에 개시되어 있는 환상 올레핀계 공중합체 등을 이용할 수 있다. 또한, 일본 공개특허공보 제2005-156862호, 일본 공개특허공보 제2005-227427호 등에 개시되어 있는, 폴리머와 무기 미립자를 포함하는 조성물도 적합하게 이용할 수 있다. 또한, 음의 복굴절을 나타내는 폴리머로서는 1종을 단독으로 이용하여도 되고, 2종 이상을 혼합하여 이용하여도 된다. 또한, 이들을 공중합, 분지, 가교, 분자 말단 수식(또는 봉지) 및 입체 규칙 변성 등에 의해 변성하여 이용할 수도 있다.
상기 고분자 필름은, 필요에 따라 임의의 적절한 첨가제를 더 함유할 수 있다. 첨가제의 구체예로서는 가소제, 열 안정제, 광 안정제, 윤활제, 항산화제, 자외선 흡수제, 난연제, 착색제, 대전 방지제, 상용화제, 가교제, 증점제 등을 들 수 있다. 첨가제의 종류 및 함유량은 목적에 따라 적절하게 설정될 수 있다. 첨가제의 함유량은, 대표적으로는 고분자 필름의 전 고형분 100중량부에 대하여 3∼10중량부 정도이다. 첨가제의 함유량이 과도하게 많아지면, 고분자 필름의 투명성이 손상되거나, 첨가제가 고분자 필름 표면으로부터 스며 나오거나 하는 경우가 있다.
상기 고분자 필름의 성형 방법으로서는 임의의 적절한 성형 방법이 채용될 수 있다. 예컨대 압축 성형법, 트랜스퍼 성형법, 사출 성형법, 압출 성형법, 블로우 성형법, 분말 성형법, FRP 성형법, 솔벤트 캐스팅법 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 압출 성형법, 솔벤트 캐스팅법이 바람직하게 이용된다. 평활성이 높고, 또한, 양호한 광학적 균일성을 갖는 위상차 필름을 얻을 수 있기 때문이다. 구체적으로는, 압출 성형법은 상기 열가소성 수지, 가소제, 첨가제 등을 포함하는 수지 조성물을 가열하여 용융하고, 이를 T 다이 등에 의해 캐스팅 롤의 표면에 박막상으로 압출하고 냉각시켜 필름을 성형하는 방법이다. 솔벤트 캐스팅법은, 상기 수지 조성물을 용제에 용해시킨 농후 용액(도프)을 탈포하고, 금속성의 엔드리스 벨트 또는 회전 드럼, 또는 플라스틱 기재 등의 표면에 균일하게 박막상으로 유연(流延)하고, 용제를 증발시켜 필름을 성형하는 방법이다. 또한, 성형 조건은 이용하는 수지의 조성이나 종류, 성형 가공법 등에 따라 적절하게 설정될 수 있다.
상기 위상차 필름(연신 필름)은 상기 고분자 필름을 임의의 적절한 연신 조건으로 연신함으로써 얻을 수 있다. 연신 방법의 구체예로서는 종 1축 연신법, 횡 1축 연신법, 종횡 순차 2축 연신법, 종횡 동시 2축 연신법 등을 들 수 있다. 바람직하게는 횡 1축 연신법, 종횡 순차 2축 연신법, 종횡 동시 2축 연신법이 이용된다. 2축성의 위상차 필름을 적합하게 얻을 수 있기 때문이다. 상기 음의 복굴절을 나타내는 폴리머에서는, 상술한 바와 같이 연신 방향의 굴절률이 상대적으로 작아지는 점에서, 횡 1축 연신법의 경우는 고분자 필름의 반송 방향으로 지상축을 갖는다(반송 방향의 굴절률이 nx가 된다). 종횡 순차 2축 연신법, 종횡 동시 2축 연신법의 경우는, 종·횡의 연신 배율의 비에 따라 반송 방향, 폭 방향의 어느 것도 지상축이라고 할 수 있다. 구체적으로는, 종(반송) 방향의 연신 배율을 상대적으로 크게 하면, 횡(폭) 방향이 지상축이 되고, 횡(폭) 방향의 연신 배율을 상대적으로 크게 하면, 종(반송) 방향이 지상축이 된다.
상기 연신에 이용되는 연신 장치로서는 임의의 적절한 연신 장치가 이용될 수 있다. 구체예로서 롤 연신기, 텐터 연신기, 팬터그래프식 또는 리니어 모터식의 2축 연신기 등을 들 수 있다. 가열하면서 연신을 행하는 경우에는, 온도를 연속적으로 변화시켜도 되고, 단계적으로 변화시켜도 된다. 또한, 연신 공정을 2회 이상으로 분할하여도 된다.
연신 온도(고분자 필름을 연신할 때의 연신 오븐 내의 온도)는 바람직하게는 고분자 필름의 유리 전이 온도(Tg) 부근이다. 구체적으로는, (Tg-10)℃∼(Tg+30)℃인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 Tg∼(Tg+25)℃, 특히 바람직하게는(Tg+5)℃∼(Tg+20)℃이다. 연신 온도가 지나치게 낮으면, 위상차 값이나 지상축의 방향이 불균일하게 되거나, 고분자 필름이 결정화(백탁)하거나 할 우려가 있다. 한편, 연신 온도가 지나치게 높으면, 고분자 필름이 용해하거나, 위상차의 발현이 불충분하게 되거나 할 우려가 있다. 연신 온도는 대표적으로는 110∼200℃이다. 또한, 유리 전이 온도는 JISK7121-1987에 준하여 DSC법에 의해 구할 수 있다.
상기 연신 오븐 내의 온도를 제어하는 방법은 임의의 적절한 방법이 채용될 수 있다. 예컨대, 열풍 또는 냉풍이 순환하는 공기 순환식 항온 오븐, 마이크로파 또는 원적외선 등을 이용한 히터, 온도 조절용으로 가열된 롤, 히트 파이프 롤 또는 금속 벨트 등을 이용하는 방법을 들 수 있다.
고분자 필름을 연신할 때의 연신 배율은 고분자 필름의 조성, 휘발성 성분 등의 종류, 휘발성 성분 등의 잔류량, 소망하는 위상차 값 등에 따라 임의의 적절한 값으로 설정될 수 있다. 바람직하게는 1.05배∼5.00배이다. 또한, 연신 시의 이송 속도는 연신 장치의 기계 정밀도, 안정성 등의 관점에서 바람직하게는 0.5m/분∼20m/분이다.
이상, 음의 복굴절을 나타내는 폴리머를 이용하여 위상차 필름을 얻는 방법에 대하여 서술해 왔지만, 위상차 필름은 양의 복굴절을 나타내는 폴리머를 이용하여 얻을 수도 있다. 양의 복굴절을 나타내는 폴리머를 이용하여 위상차 필름을 얻는 방법으로서는, 예컨대 일본 공개특허공보 제2000-231016호, 일본 공개특허공보 제2000-206328호, 일본 공개특허공보 제2002-207123호 등에 개시되어 있는, 두께 방향의 굴절률을 증대시키는 연신 방법을 이용할 수 있다. 구체적으로는, 양의 복굴절을 나타내는 폴리머를 함유하는 필름의 편면 또는 양면에 열 수축성 필름을 접착하여 가열 처리를 행하는 방법을 들 수 있다. 당해 필름을, 가열 처리에 의한 열 수축성 필름의 수축력의 작용 하에서 수축시키고, 당해 필름의 길이 방향 및 폭 방향을 수축시킴으로써, 두께 방향의 굴절률을 증대시킬 수 있으며, nz>nx>ny의 굴절률 타원체를 포함하는 위상차 필름을 얻을 수 있다.
이와 같이, 제2 위상차층에 이용되는 포지티브 B 플레이트는, 양음의 어느 복굴절을 나타내는 폴리머를 이용하여도 제조할 수 있다. 일반적으로, 양의 복굴절을 나타내는 폴리머를 이용하는 경우는, 선택할 수 있는 폴리머의 종류가 많은 점에서 이점을 갖고 있으며, 음의 복굴절을 나타내는 폴리머를 이용하는 경우는, 양의 복굴절을 나타내는 폴리머를 이용하는 경우에 비해 그 연신 방법에 기인하여 지상축 방향의 균일성이 우수한 위상차 필름이 간편하게 얻어지는 점에서 이점을 갖고 있다.
제2 위상차층에 이용되는 위상차 필름으로서, 상술한 필름 외에도 시판하는 광학 필름을 그대로 이용할 수 있다. 또한, 시판하는 광학 필름에 연신 처리 및/또는 완화 처리 등의 2차 가공을 실시한 필름도 이용할 수 있다.
상기 위상차 필름의 파장 590nm에서의 광 투과율은 바람직하게는 80% 이상, 더욱 바람직하게는 85% 이상, 특히 바람직하게는 90% 이상이다. 광 투과율의 이론적인 상한은 100%이지만, 공기와 위상차 필름과의 굴절률 차이에 기인하여 표면 반사가 생기는 점에서, 광 투과율의 실현 가능한 상한은 대략 94%이다. 제2 위상차층 전체로서도 마찬가지의 광 투과율인 것이 바람직하다.
상기 위상차 필름의 광탄성 계수의 절대값은 바람직하게는 1.0×10-10(m2/N) 이하이고, 보다 바람직하게는 5.0×10-11(m2/N) 이하이며, 더욱 바람직하게는 3.0×10-11(m2/N) 이하이고, 특히 바람직하게는 1.5×10-11(m2/N) 이하이다. 광탄성 계수를 이와 같은 범위로 함으로써, 광학적 균일성이 우수하고, 또한, 고온 고습 등의 환경에서도 광학 특성의 변화가 작고 내구성이 우수한 화상 표시 장치를 얻을 수 있다. 광탄성 계수의 하한치는 특별히 제한되지 않지만, 일반적으로는 5.0×10-13(m2/N) 이상이고, 바람직하게는 1.0×10-12(m2/N) 이상이다. 광탄성 계수가 과도하게 작으면 위상차의 발현성이 작아질 우려가 있다. 광탄성 계수는 폴리머 등의 화학 구조에 고유한 값이지만, 광탄성 계수의 부호(양음)가 상이한 복수의 성분을 공중합, 또는 혼합함으로써 광탄성 계수를 저감할 수 있다.
상기 위상차 필름의 두께는 위상차 필름의 형성 재료나 제2 위상차층의 구성에 따라 임의의 적절한 값으로 설정될 수 있다. 제2 위상차층이 위상차 필름 단독인 경우, 제2 위상차층의 두께는 바람직하게는 1㎛∼170㎛이고, 보다 바람직하게는 2㎛∼150㎛이며, 더욱 바람직하게는 3㎛∼120㎛이고, 특히 바람직하게는 4㎛∼50㎛이다. 이와 같은 두께를 가짐으로써, 기계적 강도나 표시 균일성이 우수한 제2 위상차층이 얻어진다.
E. 제1 위상차층과 제2 위상차층과의 적층체
제1 위상차층과 제2 위상차층과의 적층체는, 바람직하게는 하기의 관계를 만족한다:
0.82<Re(450)/Re(550)<1.2
0.8<Re(650)/Re(550)<1.18.
적층체의 Re(450)/Re(550)은 보다 바람직하게는 1.0∼1.2이고, 더욱 바람직하게는 1.0∼1.1이다. 적층체의 Re(650)/Re(550)은 보다 바람직하게는 0.8∼1.0이고, 더욱 바람직하게는 0.9∼1.0이다. 본 발명의 실시형태에 따르면, 제1 위상차층 및 제2 위상차층이 전체로서 이상적인 역분산 특성을 나타내지 않음에도 불구하고, 흑색 표시 시의 경사 방향의 휘도가 작고, 또한, 경사 방향의 컬러 시프트가 작은 화상 표시 장치를 실현할 수 있는 위상차층 부착 편광판을 얻을 수 있다.
F. 화상 표시 장치
상기 A항목에서 E항목에 기재된 위상차층 부착 편광판은 화상 표시 장치에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시형태는 이와 같은 위상차층 부착 편광판을 이용한 화상 표시 장치를 포함한다. 화상 표시 장치의 대표예로서는, 액정 표시 장치, 일렉트로루미네센스(EL) 표시 장치(예컨대, 유기 EL 표시 장치, 무기 EL 표시 장치)를 들 수 있다. 화상 표시 장치는, 대표적으로는 화상 표시 셀(예컨대, 액정 셀, 유기 EL 셀, 무기 EL 셀)과, 화상 표시 셀의 시인 측에 배치된 상기 A항목에서 E항목에 기재된 위상차층 부착 편광판을 포함한다. 위상차층 부착 편광판은 제2 위상차층(30)이 화상 표시 셀 측이 되도록(편광판(10)이 시인 측이 되도록) 적층되어 있다. 하나의 실시형태에서는, 화상 표시 장치는 액정 표시 장치이고, 바람직하게는 IPS 모드의 액정 표시 장치이다. 이와 같은 액정 표시 장치에서는, 본 발명의 실시형태에 따른 위상차층 부착 편광판의 효과가 현저해진다.
이하, 실시예에 의해 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다. 각 특성의 측정 방법은 이하와 같다.
(1) 위상차 값의 측정
실시예 및 비교예에 이용한 제1 위상차층 및 제2 위상차층의 면내 위상차에 대하여, 오지계측 제조 KOBRA-WPR를 이용하여 자동 측정하였다. 측정 파장은 550nm, 측정 온도는 23℃이었다.
(2) 흑색 표시 시의 휘도
실시예 및 비교예에서 얻어진 액정 표시 장치에 흑색 화상을 표시시키고, AUTRONIC MELCHERS사 제조, 상품명 'Conoscope'에 의해 측정하였다. 구체적으로는, 극각 60° 방향에서 방위각을 0°∼360°로 변화시켜 휘도를 측정하였다. 측정한 휘도 중 최대 휘도의 정면 방향의 휘도에 대한 비율을 본 평가에서의 휘도로 하였다.
(3) 컬러 시프트
실시예 및 비교예에서 얻어진 액정 표시 장치에 대하여, ELDIM사 제조, 상품명 'EZ Contrast160D'을 이용하여 극각 60° 방향에서 방위각을 0°∼360°로 변화시켜 색조를 측정하고, XY 색도도 위에 플롯하였다.
[실시예 1]
1. 편광판의 제작
1-1. 편광자의 제작
열가소성 수지 기재로서, 장척상이고, 흡수율 0.75%, Tg 약 75℃인 비정질의 이소프탈 공중합 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름(두께: 100㎛)을 이용하였다. 수지 기재의 편면에 코로나 처리를 실시하였다.
폴리비닐알코올(중합도 4200, 비누화도 99.2몰%) 및 아세토아세틸 변성 PVA(일본합성화학공업사 제조, 상품명 '고세파이머 Z410')를 9:1로 혼합한 PVA계 수지 100중량부에, 요오드화 칼륨 13중량부를 첨가한 것을 물에 녹여 PVA 수용액(도포액)을 조제하였다.
수지 기재의 코로나 처리면에, 상기 PVA 수용액을 도포하여 60℃에서 건조함으로써, 두께 13㎛의 PVA계 수지층을 형성하고 적층체를 제작하였다.
얻어진 적층체를 130℃의 오븐 내에서 원주 속도가 상이한 롤 사이에서 종방향(긴 방향)으로 2.4배로 자유단 1축 연신하였다(공중 보조 연신 처리).
이어서, 적층체를 액체 온도 40℃의 불용화욕(물 100중량부에 대하여, 붕산 4중량부를 배합하여 얻어진 붕산 수용액)에 30초간 침지시켰다(불용화 처리).
이어서, 액체 온도 30℃의 염색욕(물 100중량부에 대하여, 요오드와 요오드화 칼륨을 1:7의 중량비로 배합하여 얻어진 요오드 수용액)에 최종적으로 얻어지는 편광자의 단체 투과율(Ts)이 소정 값이 되도록 농도를 조정하면서 60초간 침지시켰다(염색 처리).
이어서, 액체 온도 40℃의 가교욕(물 100중량부에 대하여, 요오드화 칼륨을 3중량부 배합하고, 붕산을 5중량부를 배합하여 얻어진 붕산 수용액)에 30초간 침지시켰다(가교 처리).
그 후, 적층체를 액체 온도 70℃의 붕산 수용액(붕산 농도 4.0중량%, 요오드화 칼륨 농도 5.0중량%)에 침지시키면서, 원주 속도가 상이한 롤 사이에서 종방향(긴 방향)으로 총 연신 배율이 5.5배가 되도록 1축 연신을 행하였다(수중 연신 처리).
그 후, 적층체를 액체 온도 20℃의 세정욕(물 100중량부에 대하여, 요오드화 칼륨을 4중량부 배합하여 얻어진 수용액)에 침지시켰다(세정 처리).
그 후, 90℃로 유지된 오븐 중에서 건조하면서, 표면 온도가 75℃로 유지된 SUS제 가열 롤에 약 2초 접촉시켰다(건조 수축 처리). 건조 수축 처리에 의한 적층체의 폭 방향의 수축률은 5.2%이었다.
이와 같이 하여, 수지 기재 위에 두께 5㎛의 편광자를 형성하였다.
1-2. 편광판의 제작
상기에서 얻어진 편광자의 표면(수지 기재와는 반대 측의 면)에 보호층으로서 아크릴계 필름(표면 굴절률 1.50, 40㎛)을 자외선 경화형 접착제를 개재하여 첩합(貼合)하였다. 구체적으로는, 경화형 접착제의 총 두께가 1.0㎛가 되도록 도공하고, 롤 기를 사용하여 첩합하였다. 그 후, UV 광선을 보호층 측으로부터 조사하여 접착제를 경화시켰다. 이어서, 양단부를 슬릿한 후에, 수지 기재를 박리하여, 보호층/편광자의 구성을 갖는 장척상의 편광판을 얻었다. 얻어진 편광판을 후술하는 액정 셀에 대응하는 크기로 펀칭하였다.
2. 제1 위상차층의 제작
장척의 노보넨계 수지 필름(일본제온사 제조, 상품명 Zeonor, 두께 40㎛, 광탄성 계수 3.10×10-12m2/N)을 140℃에서 1.52배로 1축 연신함으로써, 두께 35㎛의 장척의 필름을 제작하였다. 이와 같이 하여 얻어진 위상차 필름은, 반송 방향으로 지상축을 갖고, 굴절률 특성이 nx>ny=nz인 관계를 나타내며, 면내 위상차 Re(550)은 140nm, 두께 방향의 위상차 Rth(550)은 140nm이었다. 얻어진 위상차 필름(포지티브 A 플레이트)을 후술의 액정 셀에 대응하는 크기로 펀칭하여 제1 위상차층으로 하였다. 여기서, 펀칭은, 편광판의 편광자의 흡수축과 제1 위상차층의 지상축이 직교가 되도록 하여 행하였다.
3. 제2 위상차층의 제작
스티렌-무수 말레산 공중합체(노바·케미컬·재팬사 제조, 상품명 '다이라크 D232')의 펠렛상 수지를, 단축 압출기와 T 다이를 이용하여 270℃에서 압출하고, 시트상의 용융 수지를 냉각 드럼에서 냉각하여 두께 100㎛의 필름을 얻었다. 이 필름을, 롤 연신기를 이용하여 온도 130℃, 연신 배율 1.6배에서 반송 방향으로 자유단 1축 연신하여, 반송 방향으로 진상축을 갖는 필름을 얻었다(종 연신 공정).
얻어진 필름을 텐터 연신기를 이용하여 온도 135℃에서, 필름 폭이 상기 종 연신 후의 필름 폭의 1.6배가 되도록 폭 방향으로 고정단 1축 연신하여 두께 50㎛의 2축 연신 필름을 얻었다(횡 연신 공정).
이와 같이 하여 얻어진 위상차 필름은, 반송 방향으로 진상축(폭 방향으로 지상축)을 포함하고, 굴절률 특성이 nz>nx>ny의 관계를 나타내며, 면내 위상차 Re(550)는 28nm, 두께 방향의 위상차 Rth(550)는 -103nm, Nz 계수는 -3.2이었다. 얻어진 위상차 필름(포지티브 B 플레이트)을 후술하는 액정 셀에 대응하는 크기로 펀칭하여 제2 위상차층으로 하였다. 여기서 펀칭은 편광판의 편광자의 흡수축과 제2 위상차층의 지상축이 평행하도록 하여 행하였다.
4. 위상차층 부착 편광판의 제작
상기에서 얻어진 편광판, 제1 위상차층 및 제2 위상차층을, 아크릴계 점착제(두께 12㎛)를 개재하여 이 순서대로 적층하여, 편광판/제1 위상차층(포지티브 A 플레이트)/제2 위상차층(포지티브 B 플레이트)의 구성을 갖는 위상차층 부착 편광판 A를 얻었다. 위상차층 부착 편광판에서는, 편광판의 편광자의 흡수축과 제1 위상차층의 지상축은 직교하고, 편광자의 흡수축과 제2 위상차층의 지상축은 평행이었다.
5. 액정 표시 장치의 제작
Apple사 제조 'iPad Pro'(IPS 모드 액정 셀 탑재)로부터 액정 셀을 제거하고, 당해 액정 셀의 시인 측에 아크릴계 점착제(두께 20㎛)를 개재하여 상기 위상차층 부착 편광판 A를 첩부하였다. 여기서, 제2 위상차층이 액정 셀 측이 되도록 위상차층 부착 편광판 A를 첩부하였다. 액정 셀의 배면 측에는, 시판하는 편광판(닛토덴코사 제조 'NPF-SIG1423DU')을, 아크릴계 점착제(두께 20㎛)를 개재하여 첩부하였다. 여기서, 당해 편광판의 편광자의 흡수축과 위상차층 부착 편광판 A의 편광자의 흡수축이 직교하도록 당해 편광판을 첩부하였다. 이와 같이 하여 얻어진 액정 패널에 통상의 백라이트 유닛 등을 내장하여 액정 표시 장치를 제작하였다. 얻어진 액정 표시 장치의 휘도는 0.50이었다. 결과를, 위상차층 부착 편광판의 구성과 함께 표 1에 나타낸다. 또한, 얻어진 액정 표시 장치의 컬러 시프트를 도 2에 나타낸다.
[비교예 1]
포지티브 A 플레이트와 포지티브 B 플레이트의 적층 순서를 반대로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 편광판/제1 위상차층(포지티브 B 플레이트)/제2 위상차층(포지티브 A 플레이트)의 구성을 갖는 위상차층 부착 편광판 B를 얻었다. 위상차층 부착 편광판 B를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 액정 표시 장치를 얻었다. 얻어진 액정 표시 장치의 휘도는 0.46이었다. 결과를, 위상차층 부착 편광판의 구성과 함께 표 1에 나타낸다. 또한, 얻어진 액정 표시 장치의 컬러 시프트를 도 3에 나타낸다.
[비교예 2]
포지티브 A 플레이트와 포지티브 B 플레이트의 적층 순서를 반대로 한 것, 및 편광판의 편광자의 흡수축과 제1 위상차층의 지상축이 평행이 되도록 적층한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 편광판/제1 위상차층(포지티브 B 플레이트)/제2 위상차층(포지티브 A 플레이트)의 구성을 갖는 위상차층 부착 편광판 C를 얻었다. 위상차층 부착 편광판 C를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 액정 표시 장치를 얻었다. 얻어진 액정 표시 장치의 휘도는 0.70이었다. 결과를, 위상차층 부착 편광판의 구성과 함께 표 1에 나타낸다. 또한, 얻어진 액정 표시 장치의 컬러 시프트를 도 4에 나타낸다.
[비교예 3]
편광판의 편광자의 흡수축과 제1 위상차층의 지상축이 평행이 되도록 적층한 것, 및 편광판의 편광자의 흡수축과 제2 위상차층의 지상축이 직교가 되도록 적층한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 편광판/포지티브 A 플레이트/포지티브 B 플레이트의 구성을 갖는 위상차층 부착 편광판 D를 얻었다. 위상차층 부착 편광판 D를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 액정 표시 장치를 얻었다. 얻어진 액정 표시 장치의 휘도는 18.10이었다. 결과를, 위상차층 부착 편광판의 구성과 함께 표 1에 나타낸다. 또한, 얻어진 액정 표시 장치의 컬러 시프트를 도 5에 나타낸다.
[비교예 4]
편광판의 편광자의 흡수축과 제2 위상차층의 지상축이 직교가 되도록 적층한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 편광판/포지티브 A 플레이트/포지티브 B 플레이트의 구성을 갖는 위상차층 부착 편광판 E를 얻었다. 위상차층 부착 편광판 E를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 액정 표시 장치를 얻었다. 얻어진 액정 표시 장치의 휘도는 0.74이었다. 결과를, 위상차층 부착 편광판의 구성과 함께 표 1에 나타낸다. 또한, 얻어진 액정 표시 장치의 컬러 시프트를 도 6에 나타낸다.
[표 1]
Figure pat00002
표 1 및 도 2∼6로부터 분명한 바와 같이, 본 발명의 실시예의 액정 표시 장치는 비교예의 액정 표시 장치에 비해 휘도 및 컬러 시프트의 어느 것도 우수하다.
본 발명의 실시형태에 따른 위상차층 부착 편광판은 화상 표시 장치에 적합하게 적용되며, 특히, 액정 표시 장치에 적합하게 적용될 수 있다.
10: 편광판
11: 편광자
12: 보호층
13: 보호층
20: 제1 위상차층
30: 제2 위상차층
100: 위상차층 부착 편광판

Claims (4)

  1. 편광자를 포함하는 편광판과,
    상기 편광판에 인접하여 배치된, 굴절률 특성이 nx>ny=nz의 관계를 나타내는 제1 위상차층과,
    상기 제1 위상차층에 인접하여 배치된, 굴절률 특성이 nz>nx>ny의 관계를 나타내는 제2 위상차층을 포함하고,
    상기 편광자의 흡수축과 상기 제1 위상차층의 지상축이 실질적으로 직교하고 있으며,
    상기 편광자의 흡수축과 상기 제2 위상차층의 지상축이 실질적으로 평행한,
    위상차층 부착 편광판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 위상차층과 상기 제2 위상차층과의 적층체가 하기의 관계를 만족하는, 위상차층 부착 편광판:
    0.82<Re(450)/Re(550)<1.2
    0.8<Re(650)/Re(550)<1.18.
  3. 화상 표시 셀과, 상기 화상 표시 셀의 시인 측에 배치된 제1항 또는 제2항에 기재된 위상차층 부착 편광판을 포함하는, 화상 표시 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    IPS 모드의 액정 표시 장치인, 화상 표시 장치.

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