KR20230087156A - 광학 필름, 광학 필름의 제조 방법 및 디스플레이 장치 - Google Patents

광학 필름, 광학 필름의 제조 방법 및 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

본 출원은 광학 필름, 광학 필름의 제조 방법 및 디스플레이 장치에 관한 것이다. 본 출원은 넓은 파장 범위에서 AQWP(Achromatic quarter wave plate) 특성을 나타내고, 외광에 대해 정면 및 측면에서 낮은 반사율을 나타내며, 롤투롤 공정에 적합하고, 제조 비용이 낮은 광학 필름, 상기 광학 필름의 제조 방법 및 상기 광학 필름을 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.

Description

광학 필름, 광학 필름의 제조 방법 및 디스플레이 장치{Optical film, method for manufacturing optical film and display device}
본 출원은 광학 필름, 광학 필름의 제조 방법 및 디스플레이 장치에 관한 것이다.
디스플레이 장치로부터 반사되는 주변 광을 차단하는 것으로 알려진 광학 필름은 흡수형 편광자와 1/4 파장판(QWP; Quarter Wave Plate)을 포함한다. 상기 1/4 파장판은 흡수형 편광자를 통과한 선 편광을 원 편광으로 변환할 수 있다. 이와 같은 변환은 가시광선 전 파장에 대해 이루어져야 하는데, 이는 1/4 파장판이 넓은 파장 범위에서 1/4 파장 위상 지연 특성을 유지하는 경우에 가능하다. 즉, 1/4 파장판은 Achromatic QWP(AQWP)인 것이 필요하다.
특허문헌 1은 역분산 액정 물질을 이용하여 AQWP를 제공하는 방법을 개시한다. 그러나, 역분산 액정 물질의 가격은 상대적으로 높고, AQWP를 배향하기 위한 배향막이 필요하다.
특허문헌 2는 AQWP를 제공하는 다른 방법으로서, 편광자의 광 흡수축에 대해 1/2 파장판의 지상축과 1/4 파장판의 지상축을 소정 각도로 제어하는 방법을 개시한다. 이때, 1/2 파장판과 1/4 파장판에는 정상 분산 또는 플랫 분산의 재료가 사용될 수 있다. 그러나, 이러한 AQWP의 제조 비용도 배향막의 필요성으로 인해 상대적으로 높으며, 편광자, 1/2 파장판 및 1/4 파장판의 방위각을 다르게 제어해야 하기 때문에 롤투롤 제조 방법이 적용되기 어렵다.
특허문헌 3은 AQWP를 제공하는 다른 방법으로서, 1/2 파장판과 TN-LC층(twisted-nematic liquid crystal layer)을 조합하는 방법을 개시한다. 그러나, 상기 구조는 도 7과 같이 배향막(특허문헌 3에 언급되어 있지는 않음) 또는 라미네이팅 층이 필요하다. 또한, 편광자, 1/2 파장판 및 TN-LC층의 방위각을 다르게 제어해야 하기 때문에 롤투롤 제조 방법이 적용되기 어렵다. 또한, 얇은 두께의 1/4 파장판과 비교하여, 상대적으로 두꺼운 두께의 1/2 파장판이 필요한 점을 고려하면, AQWP의 전체 제조 비용도 상승하게 된다.
또한, 상기 언급한 AQWP의 다른 단점은 측면 반사가 상대적으로 높다는 것이다.
대한민국 특허등록공보 제10-1489525호 미국 특허등록 제7,169,447호 미국 특허등록 제6,922,221호
본 출원은 넓은 파장 범위에서 AQWP 특성을 나타내고, 외광에 대해 정면 및 측면에서 낮은 반사율을 나타내며, 롤투롤 공정에 적합하고, 제조 비용이 낮은 광학 필름, 상기 광학 필름의 제조 방법 및 상기 광학 필름을 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.
본 출원은 광학 필름에 관한 것이다. 도 1은 본 출원의 광학 필름을 예시적으로 나타낸다. 상기 광학 필름은 편광판(10) 및 편광판(10)의 일면에 형성된 액정층(20)을 포함할 수 있다. 상기 편광판(10)은 제 1 보호 필름(101), 편광자(100) 및 제 2 보호 필름(102)를 순차로 포함할 수 있다. 액정층(20)은 제 1 액정층(201) 및 제 2 액정층(202)를 순차로 포함할 수 있다.
본 명세서에서 용어 편광자와 편광판은 서로 구별되는 대상을 지칭한다. 용어 편광자는 편광 기능을 가지는 필름, 시트 또는 소자 그 자체를 의미하고, 용어 편광판은, 상기 편광자의 일면 또는 양면에 적층되어 있는 다른 요소를 포함하는 대상을 의미한다. 상기에서 다른 요소로는 편광자의 보호필름, 점착제층, 접착제층, 표면처리층 등이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
편광자는 여러 방향으로 진동하는 입사광으로부터 한쪽 방향으로 진동하는 광을 추출할 수 있는 기능성 소자이다. 상기 편광자는 흡수형 편광자일 수 있다. 본 명세서에서 흡수형 편광자는, 예를 들어, 여러 방향으로 진동하는 입사 광으로부터 어느 한쪽 방향으로 진동하는 광은 투과하고, 나머지 방향으로 진동하는 광은 흡수할 수 있다.
상기 편광자는 선 편광자일 수 있다. 본 명세서에서 선 편광자는 선택적으로 투과하는 광이 어느 하나의 방향으로 진동하는 선 편광이고 선택적으로 흡수하는 광이 상기 선 편광의 진동 방향과 수직하는 방향으로 진동하는 선 편광인 경우를 의미한다. 흡수형 선 편광자인 경우 광 투과축과 광 흡수축은 서로 수직할 수 있다.
상기 편광자로는, 예를 들어, PVA(poly(vinyl alcohol)) 연신 필름 등과 같은 고분자 연신 필름에 요오드를 염착한 편광층 또는 배향된 상태로 중합된 액정을 호스트로 하고, 상기 액정의 배향에 따라 배열된 이색성 염료를 게스트로 하는 게스트-호스트형 편광층을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 편광자의 550 nm 파장의 광에 대한 투과율은 각각 40% 내지 50% 범위 내일 수 있다. 상기 투과율은 550 nm 파장의 광에 대한 편광자의 단체(Single) 투과율을 의미할 수 있다. 상기 편광자의 단체 투과율은, 예를 들면, 스펙트러미터(V7100, Jasco社제)를 사용하여 측정할 수 있다. 예를 들면, 편광자 시료(상부 및 하부 보호 필름 불포함)를 기기에 거치한 상태에서 air를 base line으로 설정하고, 편광자 시료의 축을 기준 편광자의 축과 수직 및 수평으로 정렬한 상태에서 각각의 투과율을 측정한 후에 단체 투과율을 계산할 수 있다.
본 명세서에서 언급하는 물성 중에서 측정 온도가 그 결과에 영향을 미치는 경우에는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 해당 물성은 상온에서 측정한 물성이다. 용어 상온은 가온되거나 감온되지 않은 자연 그대로의 온도로서 통상 약 10℃ 내지 30℃의 범위 내의 한 온도 또는 약 23℃ 또는 약 25℃ 정도이다. 또한, 본 명세서에서 특별히 달리 언급하지 않는 한, 온도의 단위는 ℃이다. 본 명세서에서 언급하는 물성 중에서 측정 압력이 그 결과에 영향을 미치는 경우에는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 해당 물성은 상압에서 측정한 물성이다. 용어 상압은 가압되거나 감압되지 않은 자연 그대로의 온도로서 통상 약 1 기압 정도를 상압으로 지칭한다.
상기 편광판은 편광자의 양면에 각각 위치하는 제 1 보호 필름과 제 2 보호 필름을 포함할 수 있다. 편광판에 포함될 수 있는 보호 필름으로는 공지의 재료의 필름이 사용될 수 있다. 이러한 재료로는, 예를 들어 투명성, 기계적 강도, 열 안정성, 수분 차단성 또는 등방성 등이 우수한 열 가소성 수지가 사용될 수 있다. 이러한 수지의 예로는, TAC(triacetyl cellulose) 등의 셀룰로오스 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리에테르술폰 수지, 폴리술폰 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리올레핀 수지, (메트)아크릴계 수지, 노르보넨 수지 등의 고리형 폴리올레핀 수지, 폴리아릴레이트 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리비닐알코올 수지 또는 상기의 혼합물 등이 예시될 수 있다. 제 1 보호 필름 및 제 2 보호 필름은 동일한 재료의 필름이거나 또는 상이한 재료의 필름일 수 있다.
보호 필름의 두께는 적절히 조절될 수 있고, 통상 강도나 취급성 등의 작업성, 박형화 등의 관점에서 1 ㎛ 내지 500 ㎛, 1 ㎛ 내지 300 ㎛, 5 ㎛ 내지 200 ㎛ 또는 5 ㎛ 내지 150 ㎛의 범위 내로 조절될 수 있다.
보호 필름의 투과율은 예를 들어 380 nm 내지 780 nm 파장의 광에 대해 80% 이상, 85% 이상 또는 90% 이상일 수 있다. 보호 필름은, 380 nm 내지 780 nm 범위 내의 각 파장에서 모두 상기 투과율을 만족하거나 또는 380 nm 내지 780 nm 파장의 광에 대한 평균 투과율이 상기 투과율을 범위를 만족할 수 있다.
편광자와 보호 필름 등의 부착을 위해서 사용되는 접착제로는, 아크릴계 접착제, 이소시아네이트계 접착제, 폴리비닐알코올계 접착제, 젤라틴계 접착제, 비닐계 라텍스계 또는 수계 폴리에스테르 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 명세서에서 액정 화합물의 방향자는 액정 화합물이 막대(rod) 형상인 경우 막대 형상의 장축 방향을 의미할 수 있고, 액정 화합물이 원판(discotic) 형상인 경우 원판 평면의 법선 방향을 의미할 수 있다. 본 명세서에서 액정 화합물의 방향자는 액정 방향자로 약칭될 수 있다.
본 명세서에서 액정 방향자는 방위각(azimuthal angle)과 경사각(tilt angle)을 가질 수 있다. 액정 방향자의 방위각은 액정 방향자의 액정층 평면으로의 투영이 갖는 면내 각도를 의미할 수 있다. 본 명세서에서 액정 방향자의 방위각의 0° 기준은 편광자의 광 흡수축이다. 액정 방향자의 경사각은 액정 방향자가 액정층의 평면에 대해 이루는 각도를 의미할 수 있다. 액정층에 포함되는 액정 화합물이 액정층의 두께 방향에 따라 일정한 배향 상태를 갖는 경우(예를 들어, 수평 배향 상태 또는 수직 배향 상태), 상기 액정 방향자의 방위각 및 경사각은 액정층의 두께 방향에 따라 일정할 수 있다. 액정층에 포함되는 액정 화합물이 액정층의 두께 방향에 따라 상이한 배향 상태를 갖는 경우(예를 들어, 트위스트 배향), 액정 방향자의 방위각 및/또는 경사각은 액정층의 두께 방향에 따라 상이할 수 있다.
제 1 액정층은 수평 배향된 액정을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 수평 배향된 액정을 포함하는 액정층을 수평 배향 액정층으로 호칭할 수 있다. 본 명세서에서 『수평 배향 상태』는 액정층 내의 모든 액정 화합물의 방향자가 상기 액정층의 평면에 대하여 대략 평행하게 배열된 상태이고, 예를 들면, 상기 액정층의 평면에 대하여 상기 방향자가 이루는 각도(경사각)는, 예를 들어, 약 -10° 내지 10°, 약 -5° 내지 5° 또는 약 -1° 내지 1°의 범위 내이거나, 대략 0도일 수 있다. . 수평 배향 상태에서는 액정층 내의 모든 액정 화합물의 방향자가 서로 간에 평행할 수 있다.
제 1 액정층은 액정층의 평면에 평행한 지상축을 가질 수 있다. 본 명세서에서 지상축은 액정층의 굴절률이 가장 높게 나타나는 방향과 평행한 축을 의미할 수 있다. 액정층이 막대 형상의 액정 화합물을 포함하는 경우 지상축은 상기 막대 형상의 장축 방향을 의미할 수 있고 디스크 형상의 액정 화합물을 포함하는 경우 지상축은 상기 디스크 형상의 법선 방향을 의미할 수 있다.
본 명세서에서 A와 B가 평행한다는 것인 A와 B가 이루는 각도가 10° 이하, 5° 이하, 3° 이하, 1° 이하 또는 대략 0°인 경우를 의미할 수 있다. 본 명세서에서 A와 B가 수직 또는 직교한다는 것인 A와 B가 이루는 각도가 80° 내지 100° 범위, 85° 내지 95° 범위, 87° 내지 93° 범위, 89° 내지 91° 범위 또는 대략 90°인 경우를 의미할 수 있다.
제 1 액정층의 550 nm 파장에 대한 면내 위상차 값은 120 nm 내지 210 nm 범위 내일 수 있다. 본 명세서에서 면내 위상차 값은 하기 수식 1로 계산될 수 있다. 제 1 액정층은 일반적인 λ/2 위상차 필름보다 낮은 면내 위상차 값을 가질 수 있다. 제 1 액정층의 550 nm 파장에 대한 면내 위상차 값은 구체적으로 120 nm 이상, 130 nm 이상, 140 nm 이상, 150 nm 이상 또는 160 nm 이상일 수 있고, 210 nm 이하, 200 nm 이하, 190 nm 이하, 180 nm 이하 또는 170 nm 이하일 수 있다. 제 1 액정층의 위상차 값이 상기 범위 내인 경우, 광학 필름은 넓은 파장 범위에서 AQWP 특성을 나타내고, 외광에 대해 정면 및 측면에서 낮은 반사율을 나타내는데 유리할 수 있다.
[수식 1]
Rin = d × (nx - ny)
수식 1에서, d는 액정층의 두께(nm)이며, nx 및 ny는 각각 액정층의 x축 및 y축 방향의 굴절률을 의미한다. 상기 x축은 액정층의 지상축을 의미하고, y축은 액정층의 진상축을 의미한다. 지상축은 액정층의 굴절률이 가장 높게 나타나는 방향과 평행한 축을 의미할 수 있고, 진상축은 액정층의 굴절률이 가장 낮게 나타나는 방향과 평행한 축을 의미한다. x축과 y축은 각각 액정층의 평면에 평행하며, 서로 수직할 수 있다. 본 명세서에서 액정층 내지 위상차 필름의 위상차 값 내지 굴절률을 기재하면서 특별히 달리 규정하지 않는 한 약 550nm 파장의 광에 대한 위상차 값 내지 굴절률을 의미한다.
제 1 액정층의 지상축과 편광자의 광 흡수축이 이루는 각도는 10도 내지 20도 범위 내일 수 있다. 제 1 액정층의 지상축과 편광자의 광 흡수축이 이루는 각도는 구체적으로 10도 이상, 11도 이상, 12도 이상, 13도 이상, 14도 이상, 15도 이상, 16도 이상, 17도 이상 또는 18도 이상일 수 있고, 20도 이하, 19도 이하 또는 18도 이하일 수 있다. 제 1 액정층의 지상축과 편광자의 광 흡수축이 이루는 각도가 상기 범위 내인 경우, 광학 필름은 넓은 파장 범위에서 AQWP 특성을 나타내고, 외광에 대해 정면 및 측면에서 낮은 반사율을 나타내는데 유리할 수 있다.
제 1 액정층의 두께는 본 출원의 목적을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있다. 하나의 예시에서, 제 1 액정층의 두께는 1㎛ 내지 6㎛ 범위 내일 수 있다.
광학 필름은 제 1 액정층을 배향하기 위한 배향막을 포함하지 않을 수 있다. 따라서, 제 1 액정층과 편광판의 사이에는 배향막이 존재하지 않을 수 있다. 구체적으로, 광학 필름은 제 1 액정층에 접하는 배향막을 포함하지 않을 수 있다. 제 1 액정층은 편광판 상에 직접 형성될 수 있다. 제 1 액정층은 편광판의 제 1 보호 필름 또는 제 2 보호필름 상에 제 1 액정 조성물을 직접 코팅함으로써 형성될 수 있다. 본 명세서에서 A가 B에 직접 형성된다는 것은 A와 B 사이에 중간층(예를 들어, 배향막)이 없는 것을 의미할 수 있다. 상기 광학 필름에 따르면, 제 1 액정층을 배향하기 위한 별도의 배향막을 필요로 하지 않으므로 제조 비용을 절감할 수 있다. 제 1 액정층은, 별도의 배향막 없이, 선 편광의 자외선의 조사에 의해 벌키(bulky) 배향된 액정을 포함할 수 있다.
액정층을 배향하는 별도의 배향막으로는 예를 들어 폴리이미드(polyimide) 화합물, 폴리비닐알코올(poly(vinyl alcohol)) 화합물, 폴리아믹산(poly(amic acid)) 화합물, 폴리스티렌(polystylene) 화합물, 폴리아미드(polyamide) 화합물 및 폴리옥시에틸렌(polyoxyethylene) 화합물 등과 같이 러빙 배향에 의해 배향능을 나타내는 것으로 공지된 물질이나, 폴리이미드(polyimide) 화합물, 폴리아믹산(polyamic acid) 화합물, 폴리노르보넨(polynorbornene) 화합물, 페닐말레이미드 공중합체(phenylmaleimide copolymer) 화합물, 폴리비닐신나메이트(polyvinylcinamate) 화합물, 폴리아조벤젠(polyazobenzene) 화합물, 폴리에틸렌이민(polyethyleneimide) 화합물, 폴리비닐알콜(polyvinylalcohol) 화합물, 폴리아미드(polyimide) 화합물, 폴리에틸렌(polyethylene) 화합물, 폴리스타일렌(polystylene) 화합물, 폴리페닐렌프탈아미드(polyphenylenephthalamide) 화합물, 폴리에스테르(polyester) 화합물, CMPI(chloromethylated polyimide) 화합물, PVCI(polyvinylcinnamate) 화합물 및 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate) 화합물 등과 같이 광조사에 의해 배향능을 나타낼 수 있는 것으로 공지된 물질이 있으나, 이에 제한되지 않고, 상기 광학 필름은 액정층을 배향하는 것으로 알려진 배향막을 포함하지 않는다.
제 2 액정층은 트위스트 배향된 액정을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 트위스트 배향된 액정을 포함하는 액정층을 트위스트 배향 액정층으로 호칭할 수 있다. 본 명세서에서 『트위스트 배향 상태』는 액정층 내에서 액정 화합물들의 방향자가 가상의 나선축을 따라서 꼬이면서 층을 이루며 배향한 나선형의 구조를 의미할 수 있다. 상기 트위스트 배향 상태는, 수직, 수평 또는 경사 배향 상태에서 구현될 수 있는데, 즉, 수직 트위스트 배향 모드는 개개의 액정 화합물이 수직 배향된 상태로 나선축을 따라 꼬이면서 층을 이루는 상태이고, 수평 트위스트 배향 모드는 개개의 액정 화합물이 수평 배향된 상태로 나선축을 따라 꼬이면서 층을 이루는 상태이며, 경사 트위스트 배향 모드는 개개의 액정 화합물이 경사 배향된 상태로 나선축을 따라 꼬이면서 층을 이루는 상태이다. 하나의 예시에서, 제 2 액정층은 수평 트위스트 배향된 액정을 포함할 수 있다. 즉, 제 2 액정층의 트위스트 배향의 나선축은 제 2 액정층의 두께 방향과 평행할 수 있다. 수평 트위스트 배향 액정층의 경우, 액정층의 두께 방향을 따라, 액정 방향자의 경사각은 일정하고(액정층의 평면에 대해 대략 평행), 액정 방향자의 방위각은 점진적으로 증가하거나 감소할 수 있다.
제 2 액정층의 제 1 액정층과 마주하는 면에 존재하는 액정 방향자는 제 1 액정층의 지상축과 평행할 수 있다. 이를 통해 광학 필름은 넓은 파장 범위에서 AQWP 특성을 나타내고, 외광에 대해 정면 및 측면에서 낮은 반사율을 나타낼 수 있다.
도 2는 광학 필름의 두께에 따른 액정층의 액정 방위각의 관계를 예시적으로 나타낸다(편광자의 광 흡수축 A1을 0°기준으로 하며, D1은 제 1 액정층의 두께이고, D2는 제 2 액정층의 두께이다). 제 1 액정층은 편광자와 마주하는 제 1 표면과 제 2 액정층과 마주하는 제 2 표면을 가질 수 있다. 제 1 액정층의 경우 제 1 표면에서 제 2 표면으로 두께가 증가함에 따라 액정 방향자의 방위각(A2)은 일정하다. 상기 제 1 액정층의 방위각(A2)은 제 1 액정층의 지상축으로 볼 수 있다. 제 2 액정층은 제 1 액정층과 마주하는 제 1 표면과 제 1 표면과 반대 방향의 제 2 표면을 가질 수 있다. 제 2 액정층의 경우 제 1 표면에서 제 2 표면으로 두께가 증가함에 따라, 액정 방향자의 방위각은 점진적으로 증가할 수 있다. 제 1 액정층의 제 2 액정층과 마주하는 면(제 1 액정층의 제 2 표면)의 액정 방향자(A2)의 방위각과 제 2 액정층의 제 1 액정층과 마주하는 면(제 2 액정층의 제 1 표면)의 액정 방향자(A3)의 방위각은 서로 평행할 수 있다. 제 1 액정층의 지상축(A2)에 대하여 제 2 액정층의 제 1 액정층과 마주하는 면의 액정 방향자(A3)가 이루는 각도(θ=A3-A2)는 10°이하, 5°이하, 3°이하, 1°이하 또는 대략 0°일 수 있다. 이를 통해 광학 필름은 넓은 파장 범위에서 AQWP 특성을 나타내고, 외광에 대해 정면 및 측면에서 낮은 반사율을 나타낼 수 있다.
제 2 액정층의 비틀림 각도(도 2의 T)는 60° 내지 100° 범위 내일 수 있다. 본 명세서에서 비틀림 각도는 트위스트 배향 액정층에서 가장 하부에 존재하는 액정 방향자의 방위각과 가장 상부에 존재하는 액정 방향자의 방위각이 이루는 각도의 차이를 의미할 수 있다. 가장 하부에 존재하는 액정 방향자의 방위각은 상기 제 2 액정층의 제 1 표면에 존재하는 액정 방향자(A3)의 방위각을 의미할 수 있고, 가장 상부에 존재하는 액정 방향자(A4)의 방위각은 상기 제 2 액정층의 제 2 표면에 존재하는 액정 방향자의 방위각을 의미할 수 있다. 편광자의 광 흡수축을 0°기준으로 할 때, 제 2 액정층의 제 1 표면의 액정 방향자의 방위각은 제 2 표면의 액정 방향자의 방위각에 비해 작을 수 있다. 제 2 액정층의 비틀림 각도는 구체적으로, 60° 이상, 65° 이상, 70° 이상, 75° 이상 또는 80° 이상일 수 있고, 100° 이하, 95° 이하, 90° 이하, 85° 이하 또는 80° 이하일 수 있다. 제 2 액정층의 비틀림 각도가 상기 범위 내인 경우 광학 필름은 넓은 파장 범위에서 AQWP 특성을 나타내고, 외광에 대해 정면 및 측면에서 낮은 반사율을 나타내는데 유리할 수 있다.
제 2 액정층의 두께(d, 단위: nm)와 복굴절(△n)의 곱(d×△n)은 130 nm 내지 210 nm 범위 내일 수 있다. 본 명세서에서 복굴절(△n)은 액정층의 이상 굴절률(ne; extraordinary refractive index)과 정상 굴절률(no; ordinary refractive index)의 차이(ne-no)를 의미할 수 있다. 상기 이상 굴절률 및 정상 굴절률은 각각 550 nm 파장에 대한 굴절률을 의미할 수 있다. 상기 이상 굴절률은 액정층의 굴절률이 가장 높게 나타나는 방향의 굴절률을 의미할 수 있고, 액정층의 굴절률이 가장 낮게 나타나는 방향의 굴절률을 의미할 수 있다. 제 2 액정층의 d×△n 값은 구체적으로 130 nm 이상, 135 nm 이상, 140 nm 이상, 145 nm 이상, 150 nm 이상 또는 155 nm 이상일 수 있고, 210 nm 이하, 200 nm 이하, 190 nm 이하, 180 nm 이하, 170 nm 이하 또는 160 nm 이하일 수 있다. 제 2 액정층의 d×△n 값이 상기 범위 내인 경우 광학 필름은 넓은 파장 범위에서 AQWP 특성을 나타내고, 외광에 대해 정면 및 측면에서 낮은 반사율을 나타내는데 유리할 수 있다.
제 2 액정층의 두께는 본 출원의 목적을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있다. 하나의 예시에서, 제 2 액정층의 두께는 1㎛ 내지 10㎛ 범위 내일 수 있다.
광학 필름은 제 2 액정층을 배향하기 위한 배향막을 포함하지 않을 수 있다. 따라서, 제 1 액정층과 제 2 액정층 사이에는 배향막이 존재하지 않을 수 있다. 구체적으로, 광학 필름은 제 2 액정층에 접하는 배향막을 포함하지 않을 수 있다. 제 2 액정층은 제 1 액정층 상에 직접 형성될 수 있다. 제 2 액정층은 제 1 액정층 상에 제 2 액정 조성물을 직접 코팅함으로써 형성될 수 있다. 상기 광학 필름에 따르면, 제 2 액정층을 배향하기 위한 별도의 배향막을 필요로 하지 않으므로 제조 비용을 절감할 수 있다. 제 2 액정층은, 별도의 배향막 없이, 제 1 액정층에 의해 유도된 표면(Surface) 배향에 의해 배향된 액정을 포함할 수 있다.
제 1 액정층 및 제 2 액정층은 각각 액정 화합물을 포함할 수 있다. 하나의 예시에서, 제 1 액정층 및 제 2 액정층에 포함되는 액정 화합물은 네마틱(nematic)상의 액정 화합물을 포함할 수 있다. 따라서, 제 2 액정층을 Twisted nematic liquid crystal layer로 호칭할 수 있다. 네마틱 액정상은 막대 모양의 액정 분자가 위치에 대한 규칙성은 없으나 액정 분자의 장축 방향으로 평행하게 배열되어 있는 액정상을 의미할 수 있다. 제 2 액정층은 액정 화합물에 추가로 키랄 첨가제를 더 포함할 수 있다. 반면, 제 1 액정층은 키랄 첨가제를 포함하지 않는다.
제 1 액정층 및 제 2 액정층은 각각 액정 화합물을 중합된 상태로 포함할 수 있다. 따라서, 상기 액정 화합물은 중합성 액정 화합물일 수 있다. 본 명세서에서 중합성 액정 화합물은 액정성을 나타낼 수 있는 부위, 예를 들면 메조겐(mesogen) 골격 등을 포함하고, 중합성 관능기를 하나 이상 또는 둘 이상 포함하는 화합물을 의미할 수 있다. 중합성기로는 아크릴로일기, 아크릴로일옥시기, 메타크릴로일기, 메타크릴로일옥시기, 카복실기, 히드록시기, 비닐기 또는 에폭시기 등이 예시될 수 있으나 이에 제한되지 않고, 중합성기로서 알려진 공지의 관능기가 포함될 수 있다. 또한, 중합성 액정 화합물을 중합된 상태로 포함한다는 것은 상기 액정 화합물이 중합되어 액정층 내에서 액정 고분자의 주쇄 또는 측쇄와 같은 골격을 형성하고 있는 상태를 의미할 수 있다.
제 1 액정층 및 제 2 액정층은 각각 플랫 파장 분산 특성(flat wavelength dispersion characteristics) 또는 정상 파장 분산 특성(normal wavelength dispersion characteristics)을 가질 수 있다. 본 명세서에서 플랫 파장 분산 특성은 하기 수식 2를 만족하는 특성을 의미할 수 있고, 정상 파장 분산 특성은 하기 수식 3을 만족하는 특성을 의미할 수 있다. 제 1 액정층 및 제 2 액정층은 △n(450)/△n(550) 값은 각각 독립적으로 1 이상, 1.01 이상, 1.02 이상, 1.03 이상, 1.04 이상, 1.05 이상, 1.06 이상, 1.07 이상일 수 있고, 1.3 이하, 1.2 이하 또는 1.1 이하일 수 있다. 정상 파장 분산 특성과 반대로, 역 파장 분산 특성(reverse wavelength dispersion characteristics는 △n(450)/△n(550) < 1을 만족하는 특성을 의미할 수 있다. 본 출원의 광학 필름에 따르면, AQWP를 제공하는 방법으로 알려진 비용이 상대적으로 비싼 역파장 분산 특성의 액정 물질을 사용하지 않더라도, AQWP를 제공할 수 있다.
[수식 2]
△n(450)/△n(550) = 1
[수식 3]
△n(450)/△n(550) > 1
수식 2 및 수식 3에서 △n(450)는 액정층의 450 nm 파장에 대한 굴절률이며, △n(550)는 액정층의 550 nm 파장에 대한 굴절률을 의미한다.
하나의 예시에서, 제 1 액정층과 제 2 액정층은 △n(450)/△n(550) 값이 서로 동일할 수 있다. 다른 하나의 예시에서, 제 1 액정층과 제 2 액정층은 △n(450)/△n(550) 값이 서로 상이할 수 있다. 제 1 액정층과 제 2 액정층의 △n(450)/△n(550) 값이 상이한 경우에, 제 1 액정층의 △n(450)/△n(550) 값이 제 2 액정층의 △n(450)/△n(550) 값보다 더 클 수 있다.
상기 광학 필름은 +C 필름을 더 포함할 수 있다. 도 3은 상기 광학 필름을 예시적으로 나타낸다. 광학 필름은 편광판(10), 액정층(20) 및 +C 필름(30)을 순차로 포함할 수 있다. 편광판(10) 및 액정층(20)에 대해서는 상기 기술한 내용이 동일하제 적용될 수 있다. +C 필름(40)은 제 2 액정층(202)의 제 1 액정층(201)을 향하는 반대 면에 위치할 수 있다. 도 4에서 A5는 +C 필름에서 굴절률이 가장 높게 나타나는 방향의 축을 의미한다.
본 명세서에서 +C 필름은 하기 수식 4를 만족하는 특성의 위상차 필름을 의미할 수 있다. 광학 필름이 +C 필름을 더 포함하는 경우, 외광에 대해 정면 및 측면에서 낮은 반사율을 나타내는데 더욱 유리할 수 있다.
[수식 4]
nx = ny < nz
수식 4에서 nx, ny 및 nz 는 각각 x축, y축 및 z축 방향의 550 nm 파장의 광에 대한 굴절률을 의미할 수 있다. x축 및 y축의 정의는 상기한 바와 같고, z축 방향은 위상차 필름의 두께 방향과 평행한 축을 의미할 수 있다.
+C 필름은 액정층 또는 고분자 필름일 수 있다. 하나의 예시에서, +C 필름이 액정층인 경우, +C 필름은 액정 화합물을 수직 배향된 상태로 포함할 수 있다. 본 명세서에서 수직 배향은 액정층 내의 모든 액정 화합물의 방향자(A5)가 액정층의 평면에 대하여 대략 수직하게 배열된 상태이고, 예를 들면, 액정층의 평면에 대하여 상기 방향자가 이루는 각도(경사각)는, 예를 들어, 약 80° 내지 100° 또는 85° 내지 95°도, 89°내지 91°의 범위 내이거나, 대략 약 90도°일 수 있다. 상기 액정층은 중합성 액정 화합물을 중합된 상태로 포함할 수 있다. 수직 배향 상태에서는 액정층 내의 모든 액정 화합물의 방향자가 서로 간에 평행할 수 있다. 하나의 예시에서, +C 필름이 고분자 필름인 경우, 상기 고분자 필름은 예를 들어 아크릴계 수지와 스티렌계 수지를 포함할 수 있다.
+C 필름의 550 nm 파장의 광에 대한 두께 방향 위상차 값은 10 nm 내지 100 nm 범위 내일 수 있다. 본 명세서에서 두께 방향 위상차(Rth) 값은 아래 수식 5에 따라 정의될 수 있다. +C 필름의 두께 방향 위상차 값이 상기 범위 내인 경우 외광에 대해 정면 및 측면에서 낮은 반사율을 나타내는데 더욱 유리할 수 있다.
[수식 5]
Rth = (nz-ny) × d
수식 5에서 d는 위상차 필름의 두께(nm)를 의미하고, ny 및 nz 는 각각 y축 및 z축 방향의 굴절률을 의미한다. y축 및 z축의 의미는 상기한 바와 같다.
+C 필름의 두께는 본 출원의 목적을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있다. 하나의 예시에서, +C 필름의 두께는 1㎛ 내지 10㎛ 범위 내일 수 있다.
본 출원은 또한 상기 광학 필름의 제조 방법에 관한 것이다. 하기 제조 방법에서 특별히 기술하지 않는 한, 전술한 광학 필름에 관한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
도 4는 상기 광학 필름의 제조 방법을 예시적으로 나타낸다. 구체적으로, 도 4는 광학 필름의 액정층의 제조 방법을 예시적으로 나타낸다. 상기 광학 필름의 제조 방법은, 기재층 상에 키랄 첨가제를 포함하지 않는 제 1 액정 조성물을 코팅하는 제 1 단계(S1); 상기 코팅된 제 1 액정 조성물에 선 편광의 자외선을 조사하여 제 1 액정층을 형성하는 제 2 단계(S2); 상기 제 1 액정층 상에 키랄 첨가제를 포함하는 제 2 액정 조성물을 코팅하는 제 3 단계(S3); 및 상기 코팅된 제 2 액정 조성물에 비 편광의 자외선을 조사하여 제 2 액정층을 형성하는 제 4 단계(S4)를 포함할 수 있다.
제 1 단계에서, 제 1 액정 조성물은 기재층 상에 코팅될 수 있고, 상기 기재층은 편광판의 제 1 보호 필름 또는 제 2 보호 필름일 수 있다. 도 4는 기재층이 제 2 보호 필름(102)인 경우를 예시적으로 나타낸다. 제 1 액정 조성물은 기재층 상에 직접 코팅될 수 있다. 제 1 액정 조성물이 코팅되는 기재층 상에는 제 1 액정 조성물을 배향하기 위한 별도의 배향막이 형성되어 있지 않을 수 있다. 제 1 액정 조성물은 전술한 액정 화합물을 포함하되, 키랄 첨가제를 포함하지 않을 수 있다. 기재층 상에 제 1 액정 조성물을 코팅하는 방법은 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 롤 코팅, 바 코팅, 콤마 코팅, 잉크젯 코팅 또는 스핀 코팅 등과 같은 코팅 수단(C1)을 이용하여 코팅할 수 있다.
제 2 단계에 따르면, 제 1 액정 조성물에 선 편광의 자외선(UV1)을 조사하여 제 1 액정층을 형성할 수 있다. 제 1 액정 조성물에 선 편광의 자외선을 조사함으로써, 벌키 배향 및 선 경화(pre-curing)된 제 1 액정층을 얻을 수 있다. 상기 벌키 배향을 통해 제 1 액정층은 평면에 평행하는 지상축을 가질 수 있다.
일반적으로 배향된 액정층을 제공하기 위해, 얇은 배향막이 사용될 수 있다. 예를 들어 기재층 상에 배향막 조성물을 코팅한 후, 배향 처리로서 일 방향으로 러빙하거나 또는 선 편광의 자외선을 조사할 수 있다. 상기와 같이 형성된 배향막 상에 액정 조성물을 코팅하는 경우, 배향막의 표면에 의해 액정 물질을 배향시킬 수 있는데, 이를 "표면 배향"으로 호칭할 수 있다.
반면, 벌키 배향(bulky alignment)은 기재층 상에 액정 조성물을 코팅한 후, 선 편광의 자외선을 조사함으로써, 코팅된 액정 방향자를 배향시키는 방법이다. 따라서, 상기 배향 방식은 액정층을 배향시키기 위한 별도의 배향막을 필요로 하지 않는다. 벌키 배향에 대한 보다 구체적인 내용은 O. Yaroshchuk, Yu. Reznikov. Photoalignment of liquid crystals: basics and current trends. J. Mater. Chem., 2012, 22, 286-300, Review, chapter 3를 참고할 수 있다.
제 2 단계에서, 선 편광의 자외선을 조사하는 방법은 특별히 제한되지 않고, 자외선 광원과 액정층의 사이에 선 편광자를 배치함으로써 수행될 수 있다. 상기 선 편광의 자외선의 파장 범위는 예를 들어, 200 nm 내지 400 nm 범위 내일 수 있다. 선 편광의 자외선의 조사 세기는 예를 들어 20 mJ/cm2 내지 3000 mJ/cm2 범위 내일 수 있다. 선 편광의 자외선의 조사 조건이 상기 범위 내인 경우, 제 1 액정층을 벌키 배향하고 선 경화하는데 유리할 수 있다.
제 3 단계에서, 제 1 액정층 상에 제 2 액정 조성물을 코팅하는 방법은 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 전술한 제 1 액정 조성물의 코팅 수단과 동일한 코팅 수단(C2)을 이용하여 코팅할 수 있다.
제 3 단계에서, 제 2 액정 조성물은 제 1 액정층 상에 직접 코팅될 수 있다. 즉, 제 2 액정 조성물이 코팅되는 제 1 액정층 상에는 제 2 액정 조성물을 배향하기 위한 별도의 배향막이 형성되어 있지 않을 수 있다. 제 1 액정층은 "표면 배향"매커니즘에 의해 제 2 액정 조성물의 계면(제 1 액정층과 접하는 면)의 액정 방향자를 제 1 액정층의 지상축과 평행하게 배향시킬 수 있다.
제 2 액정 조성물은 전술한 액정 화합물을 포함하되, 키랄 첨가제를 포함할 수 있다. 또한, 키랄 첨가제로 인해 트위스트 배향된 액정을 포함하는 액정층이 형성되게 된다.
키랄 첨가제(chiral additive)로는, 액정성, 예를 들면, 네마틱 규칙성을 손상시키지 않고, 목적하는 회전(twisting)을 유도할 수 있는 것이라면, 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있다. 액정 화합물에 회전을 유도하기 위한 키랄 첨가제는 분자 구조 중에 키랄리티(chirality)를 적어도 포함할 필요가 있다. 키랄 첨가제로는, 예를 들면, 1개 또는 2개 이상의 비대칭 탄소(asymmetric carbon)를 가지는 화합물, 키랄 아민 또는 키랄 술폭시드 등의 헤테로원자 상에 비대칭점(asymmetric point)이 있는 화합물 또는 크물렌(cumulene) 또는 비나프톨(binaphthol) 등의 축부제를 가지는 광학 활성인 부위(axially asymmetric, optically active site)를 가지는 화합물이 예시될 수 있다. 키랄 첨가제는 예를 들면 분자량이 1,500 이하인 저분자 화합물일 수 있다. 키랄 첨가제로는, 시판되는 키랄 네마틱 액정, 예를 들면, Merck사에서 시판되는 키랄 도판트 액정 S-811 또는 BASF사의 LC756 등을 사용할 수도 있다.
키랄 도펀트의 적용 비율은, 목적하는 피치(P)를 달성할 수 있도록 선택될 수 있다. 일반적으로 키랄 도펀트의 함량(중량%)은 100/(HTPХP)의 수식으로 계산될 수 있다. 상기 HTP는 키랄 도펀트의 꼬임의 세기(Helixcal Twisting power)를 나타내며 단위는 ㎛-1일 수 있다. 상기 P는 트위스트 배향 상태의 액정의 피치(Pitch)일 수 있고, 단위는 ㎛일 수 있다. 액정층의 피치(p)는 Wedge cell을 이용한 계측 방법으로 측정할 수 있고, 구체적으로는 D. Podolskyy 등의 Simple method for accurate measurements of the cholesteric pitch using a "stripe-wedge Grandjean-Cano cell (Liquid Crystals, Vol. 35, No. 7, July 2008, 789-791)에 기재된 방식으로 측정할 수 있다. HTP 값은 전술한 Wedge cell을 이용한 계측 방법으로 측정할 수 있다. 또는, HTP 값은 통상적으로 액정과 키랄 도펀트의 공급 업체에서 제공받을 수 있다. 상기 방식을 참조하여 목적하는 피치를 고려하여 키랄 도펀트의 함량이 결정될 수 있다.
제 4 단계에서 비 편광의 자외선(UV2)을 조사함으로써 경화된 제 1 액정층 및 제 2 액정층을 얻을 수 있다. 즉, 제 1 액정층은 제 2 단계의 선 편광의 자외선의 조사에 의해 선 경화될 수 있고, 제 4 단계의 비 편광의 자외선의 조사에 의해 완전 경화될 수 있다.
제 4 단계에서, 비 편광의 자외선의 파장 범위는 예를 들어, 200 nm 내지 400 nm 범위 내일 수 있다. 비 편광의 자외선의 조사 세기는 예를 들어 20 mJ/cm2 내지 3000 mJ/cm2 범위 내일 수 있다. 비 편광 자외선의 조사 조건이 상기 범위 내인 경우 제 1 액정층 및 제 2 액정층을 경화시키는데 적절할 수 있다.
상기 광학 필름의 제조 방법은 상기 제 1 단계 내지 제 4 단계를 통해 제조된 액정층을 편광자와 부착하는 단계를 더 포함할 수 있다. 하나의 예시에서, 편광자의 일면에 상기 액정층이 형성된 기재층을 부착한 후에, 편광자의 다른 일면에 보호 필름을 부착할 수 있다. 다른 하나의 예시에서, 편광자의 일면에 보호 필름을 부착한 후에, 상기 액정층이 형성된 기재층을 부착할 수 있다. 다른 하나의 예시에서, 편광자의 일면에 액정층이 형성된 기재층을 부착하는 것과 편광자의 다른 일면에 보호 필름을 부착하는 것을 동시에 수행할 수 있다. 상기 기재층은 편광자의 보호 필름의 역할을 할 수 있고, 액정층에 비해 기재층이 편광자에 가깝게 부착될 수 있다. 보호 필름과 편광자의 부착은, 전술한 편광자와 보호 필름의 부착을 위한 접착제를 매개로 수행될 수 있다.
본 출원은 또한 상기 광학 필름의 용도에 관한 것이다. 하나의 예시에서, 본 출원은 상기 광학 필름을 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다. 상기 광학 필름을 포함하는 디스플레이 장치는 외광에 대해 정면 및 측면에서 낮은 반사율을 나타낼 수 있다.
도 5 및 도 6은 각각 상기 디스플레이 장치를 예시적으로 나타낸다. 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 디스플레이 장치는 디스플레이 패널(40) 및 상기 디스플레이 패널의 일면에 배치된 광학 필름을 포함할 수 있다. 도 5는 광학 필름이 편광자(10) 및 액정층(20)을 포함하고, +C 필름을 포함하지 않는 광학 필름을 포함하는 디스플레이 장치를 예시적으로 나타낸다. 이 경우, 편광판에 비해 제 2 액정층이 디스플레이 패널에 가깝게 배치될 수 있다. 도 6은 광학 필름이 편광자(10), 액정층(20) 및 +C 필름(30)을 순차로 포함하는 광학 필름을 포함하는 디스플레이 장치를 예시적으로 나타낸다. 이 경우, 편광판에 비해 +C 필름이 디스플레이 패널에 가깝게 배치될 수 있다.
디스플레이 패널과 광학 필름은 접착제 또는 점착제를 매개로 부착될 수 있다. 상기 접착제 또는 점착제는 예를 들어 아크릴계, 에폭시계, 실리콘계, 에폭시계, 우레탄아크릴레이트계 접착제 또는 점착제를 사용할 수 있다.
상기 디스플레이 패널은 예를 들어, LCD(Liquid crystal device) 패널, LED(Light Emitting Diode) 패널 또는 OLED(Organic Light Emitting Diode) 패널 등일 수 있다.
하나의 예시에서 디스플레이 패널은 OLED 패널일 수 있다. 상기 OLED 패널은 베이스 기판, 하부 전극, 유기 발광층, 상부 전극 및 봉지 기판 등을 포함할 수 있다. 상기 하부 전극 및 상부 전극 중 하나는 애노드(anode)이고 다른 하나는 캐소드(cathode)일 수 있다. 애노드는 정공(hole)이 주입되는 전극으로 일 함수(work function)가 높은 도전 물질로 만들어질 수 있으며 캐소드는 전자가 주입되는 전극으로 일 함수가 낮은 도전 물질로 만들어질 수 있다. 하부 전극 및 상부 전극 중 적어도 하나는 발광된 빛이 외부로 나올 수 있는 투명 도전 물질로 만들어질 수 있으며 예컨대 ITO 또 는 IZO 일 수 있다. 유기 발광층은 하부 전극과 상부 전극)에 전압이 인가되었을 때 빛을 낼 수 있는 유기 물질을 포함할 수 있다.
하부 전극과 유기 발광층 사이 및 상부 전극과 유기 발광층 사이에는 부대층을 더 포함할 수 있다. 부대층은 전자와 정공의 균형을 맞추기 위한 정공 전달층(hole transporting layer), 정공 주입층(hole injecting layer), 전자 주입층(electron injecting layer) 및 전자 전달층(electron transporting layer)을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 봉지 기판은 유리, 금속 및/또는 고분자로 만들어질 수 있으며, 하부 전극, 유기 발광층 및 상부 전극을 봉지하여 외부로부터 수분 및/또는 산소가 유입되는 것을 방지할 수 있다.
광학 필름은 OLED 패널에서 빛이 나오는 측에 배치될 수 있다. 예컨대 베이스 기판 측으로 빛이 나오는 배면 발 광(bottom emission) 구조인 경우 베이스 기판의 외측에 배치될 수 있고, 봉지 기판 측으로 빛이 나 오는 전면 발광(top emission) 구조인 경우 봉지 기판의 외측에 배치될 수 있다. 광학 필름은 외광이 OLED 패널의 전극 및 배선 등과 같이 금속으로 만들어진 반사층에 의해 반사되어 OLED 장치의 외측으로 나오는 것을 방지함으로써 OLED 장치의 표시 특성을 개선할 수 있다. 또한, 광학 필터는 전술한 바와 같이 정면뿐만 아니라 측면에서도 반사 방지 효과를 나타낼 수 있으므로 측면 시인성을 개선할 수 있다.
본 출원은 넓은 파장 범위에서 AQWP 특성을 나타내고, 외광에 대해 정면 및 측면에서 낮은 반사율을 나타내며, 롤투롤 공정에 적합하고, 제조 비용이 낮은 광학 필름, 상기 광학 필름의 제조 방법 및 상기 광학 필름을 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.
도 1은 본 출원의 광학 필름을 예시적으로 나타낸다.
도 2는 본 출원의 광학 필름의 두께에 따른 액정층의 액정 방위각의 관계를 예시적으로 나타낸다.
도 3은 본 출원의 광학 필름을 예시적으로 나타낸다.
도 4는 본 출원의 광학 필름의 제조 방법을 예시적으로 나타낸다.
도 5는 본 출원의 디스플레이 장치를 예시적으로 나타낸다.
도 6은 본 출원의 디스플레이 장치를 예시적으로 나타낸다.
도 7은 비교예 1의 광학 필름을 예시적으로 나타낸다.
도 8은 비교예 1의 광학 필름의 두께에 따른 액정층의 액정 방위각의 관계를 예시적으로 나타낸다.
이하, 본 출원에 따른 실시예 및 본 출원에 따르지 않는 비교예를 통하여 본 출원을 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
반사 특성을 시뮬레이션 평가하기 위해, DIMOS(AUTRONIC-MELCHERS GmbH사)를 이용하여, 도 1의 구조의 광학 필름을 설정하였다. 상기 광학 필름은 편광판(10) 및 액정층(20)을 포함하고, 상기 편광판(10)은 제 1 보호 필름(101), 편광자(102) 및 제 2 보호 필름(103)을 순차로 포함하고, 액정층(20)은 제 1 액정층(201) 및 제 2 액정층(202)을 순차로 포함한다. 상기 광학 필름은 제 1 액정층과 제 2 액정층을 배향하기 위한 배향막을 포함하지 않는다. 이는 실시예 2 내지 4에서도 동일하게 적용된다. 편광자는 단체 투과율(single transmittance)이 약 45%인 흡수형 편광자로 설정하였고, 제 1 및 제 2 보호 필름으로는, 380 nm 내지 780 nm 내지 파장의 광에 대한 투과율이 약 90%인 것으로 설정하였다. 편광자 및 보호 필름의 투과율은 실시예 2 내지 5에서도 동일하게 적용된다.
도 2는 실시예 1의 광학 필름의 두께에 따른 액정층의 액정 방위각의 관계를 나타낸다. 제 1 액정층의 경우 두께가 증가함에 따라 액정 방향자의 방위각은 일정하다. 제 2 액정층의 경우 두께가 증가함에 따라, 액정 방향자의 방위각은 점진적으로 증가한다. 이때, 제 1 액정층의 제 2 액정층과 마주하는 면의 액정 방향자의 방위각과 제 2 액정층의 제 1 액정층과 마주하는 면의 액정 방향자의 방위각은 서로 평행하다. 이러한, 도 2의 액정 방위각의 관계는 실시예 2 내지 5에서도 동일하게 적용된다.
제 1 액정층은 수평 배향 액정층이고, 액정층의 평면에 평행한 지상축을 가지며, 면내 위상차 값은 130 nm였다. 제 1 액정층의 지상축과 편광자의 광 흡수축이 이루는 각도는 15°였다. 제 2 액정층은 트위스트 배향 액정층이고, 두께(d)와 복굴절(△n)의 곱(d×△n)이 155 nm이었고, 비틀림 각도가 75°였다. 제 2 액정층의 제 1 액정층과 마주하는 면의 액정 방향자(A3)는 제 1 액정층의 지상축(A2)과 평행하며, θ(A3-A2)는 약 0°였다. 제 1 액정층과 제 2 액정층의 액정 재료는 모두 복굴절 분산 n(450nm)/n(550nm)이 1.075였다.
상기 광학 필름을 알루미늄 호일(광-반사 OLED 전극을 모방함) 상에 배치하였다. 이때, 편광자에 비해 제 2 액정층을 알루미늄 호일에 가깝게 배치하였다. 편광자 측으로, 0°의 입사각(광학 필름 평면에 수직)으로 입사되는 광에 대한 반사율은 400nm 내지 700nm의 가시광선 전 범위의 각 파장에서 모두 2.2% 미만이었다. 또한, 60° 입사각으로 입사되는 빛에 대하여, 최대 반사율을 나타내는 방위각에서의 반사율은 2.1%였다. 본 실시예 및 후술하는 실시예 및 비교예에서 편광자의 제 1 표면의 반사율이 0%이면, 상기 표면은 완벽한 반사 방지 코팅이 이루어졌다고 할 수 있다.
실시예 2
반사 특성을 시뮬레이션 평가하기 위해, DIMOS(AUTRONIC-MELCHERS GmbH사)를 이용하여, 도 1의 구조의 광학 필름을 설정하였다. 제 1 액정층은 수평 배향 액정층이고, 액정층의 평면에 평행한 지상축을 가지며, 면내 위상차 값은 160 nm였다. 제 1 액정층의 지상축과 편광자의 광 흡수축이 이루는 각도는 15°였다. 제 2 액정층은 트위스트 배향 액정층이고, 두께(d)와 복굴절(△n)의 곱(d×△n)이 163 nm이었고, 비틀림 각도가 80°였다. 제 2 액정층의 제 1 액정층과 마주하는 면의 액정 방향자(A3)는 제 1 액정층의 지상축(A2)과 평행하며, θ(A3-A2)는 약 0°였다. 제 1 액정층과 제 2 액정층의 액정 재료는 모두 복굴절 분산 n(450nm)/n(550nm)이 1.075였다.
상기 광학 필름을 알루미늄 호일(광-반사 OLED 전극을 모방함) 상에 배치하였다. 이때, 편광자에 비해 제 2 액정층을 알루미늄 호일에 가깝게 배치하였다. 편광자 측으로, 0°의 입사각(광학 필름 평면에 수직)으로 입사되는 광에 대한 반사율은 400nm 내지 700nm의 가시광선 전 범위의 각 파장에서 모두 2.0% 미만이었다. 또한, 60° 입사각으로 입사되는 빛에 대하여, 최대 반사율을 나타내는 방위각에서의 반사율은 2.0%였다.
실시예 3
반사 특성을 시뮬레이션 평가하기 위해, DIMOS(AUTRONIC-MELCHERS GmbH사)를 이용하여, 도 1의 구조의 광학 필름을 설정하였다. 제 1 액정층은 수평 배향 액정층이고, 액정층의 평면에 평행한 지상축을 가지며, 면내 위상차 값은 160 nm였다. 제 1 액정층의 지상축과 편광자의 광 흡수축이 이루는 각도는 18°였다. 제 2 액정층은 트위스트 배향 액정층이고, 두께(d)와 복굴절(△n)의 곱(d×△n)이 155 nm이었고, 비틀림 각도가 80°였다. 제 2 액정층의 제 1 액정층과 마주하는 면의 액정 방향자(A3)는 제 1 액정층의 지상축(A2)과 평행하며, θ(A3-A2)는 약 0°였다. 제 1 액정층과 제 2 액정층의 액정 재료는 모두 복굴절 분산 n(450nm)/n(550nm)이 1.075였다.
상기 광학 필름을 알루미늄 호일(광-반사 OLED 전극을 모방함) 상에 배치하였다. 이때, 편광자에 비해 제 2 액정층을 알루미늄 호일에 가깝게 배치하였다. 편광자 측으로, 0°의 입사각(광학 필름 평면에 수직)으로 입사되는 광에 대한 반사율은 400nm 내지 700nm의 가시광선 전 범위의 각 파장에서 모두 1.1% 미만이었다. 또한, 60° 입사각으로 입사되는 빛에 대하여, 최대 반사율을 나타내는 방위각에서의 반사율은 1.95%였다.
실시예 4
반사 특성을 시뮬레이션 평가하기 위해, DIMOS(AUTRONIC-MELCHERS GmbH사)를 이용하여, 도 1의 구조의 광학 필름을 설정하였다 제 1 액정층은 수평 배향 액정층이고, 액정층의 평면에 평행한 지상축을 가지며, 면내 위상차 값은 155 nm였다. 제 1 액정층의 지상축과 편광자의 광 흡수축이 이루는 각도는 18°였다. 제 2 액정층은 트위스트 배향 액정층이고, 두께(d)와 복굴절(△n)의 곱(d×△n)이 156 nm이었고, 비틀림 각도가 78°였다. 제 2 액정층의 제 1 액정층과 마주하는 면의 액정 방향자(A3)는 제 1 액정층의 지상축(A2)과 평행하며, θ(A3-A2)는 약 0°였다. 제 1 액정층의 액정 재료의 복굴절 분산 n(450nm)/n(550nm)은 1.1이었고, 제 2 액정층의 액정 재료의 복굴절 분산 n(450nm)/n(550nm)은 1.075였다.
상기 광학 필름을 알루미늄 호일(광-반사 OLED 전극을 모방함) 상에 배치하였다. 이때, 편광자에 비해 제 2 액정층을 알루미늄 호일에 가깝게 배치하였다. 편광자 측으로, 0°의 입사각(광학 필름 평면에 수직)으로 입사되는 광에 대한 반사율은 400nm 내지 700nm의 가시광선 전 범위의 각 파장에서 모두 0.9% 미만이었다. 또한, 60° 입사각으로 입사되는 빛에 대하여, 최대 반사율을 나타내는 방위각에서의 반사율은 2.1%였다.
실시예 5
반사 특성을 시뮬레이션 평가하기 위해, DIMOS(AUTRONIC-MELCHERS GmbH사)를 이용하여, 도 3의 구조의 광학 필름을 설정하였다. 광학 필름은 편광판(10), 액정층(20) 및 +C 필름(30)을 순차로 포함하고, 상기 편광판(10)은 제 1 보호 필름(101), 편광자(102) 및 제 2 보호 필름(103)를 순차로 포함하고, 액정층(20)은 제 1 액정층(201) 및 제 2 액정층(202)를 순차로 포함한다. 상기 광학 필름은 제 1 액정층과 제 2 액정층을 배향하기 위한 배향막을 포함하지 않는다.
제 1 액정층은 수평 배향 액정층이고, 액정층의 평면에 평행한 지상축을 가지며, 면내 위상차 값은 155 nm였다. 제 1 액정층의 지상축과 편광자의 광 흡수축이 이루는 각도는 18°였다. 제 2 액정층은 트위스트 배향 액정층이고, 두께(d)와 복굴절(△n)의 곱(d×△n)이 156 nm이었고, 비틀림 각도가 78°였다. 제 2 액정층의 제 1 액정층과 마주하는 면의 액정 방향자(A3)는 제 1 액정층의 지상축(A2)과 평행하며, θ(A3-A2)는 약 0°였다. 제 1 액정층의 액정 재료의 복굴절 분산 n(450nm)/n(550nm)은 1.1이었고, 제 2 액정층의 액정 재료의 복굴절 분산 n(450nm)/n(550nm)은 1.075였다. +C 필름의 두께 방향 위상차 값은 30nm였다.
상기 광학 필름을 알루미늄 호일(광-반사 OLED 전극을 모방함) 상에 배치하였다. 이때, 편광자에 비해 +C 필름을 알루미늄 호일에 가깝게 배치하였다. 편광자 측으로, 0°의 입사각(광학 필름 평면에 수직)으로 입사되는 광에 대한 반사율은 400nm 내지 700nm의 가시광선 전 범위의 각 파장에서 모두 0.9% 미만이었다. 또한, 60° 입사각으로 입사되는 빛에 대하여, 최대 반사율을 나타내는 방위각에서의 반사율은 1.65%였다.
비교예 1
반사 특성을 시뮬레이션 평가하기 위해, DIMOS(AUTRONIC-MELCHERS GmbH사)를 이용하여, 도 7의 구조의 광학 필름을 설정하였다. 상기 광학 필름은 편광판(10), 제 1 액정층(201) 및 제 2 액정층(202)를 포함한다. 편광판(10)은 실시예 1과 동일하다. 비교예 1의 광학 필름의 경우 제 1 액정층의 배향을 위해, 제 1 액정층(201)과 접하는 배향막(501)이 필요하고, 제 2 액정층(202)의 배향을 위해 제 2 액정층(202)과 접하는 배향막(502)이 필요하다.
도 8은 비교예 1의 광학 필름의 두께에 따른 액정층의 액정 방위각의 관계를 나타낸다(편광자의 광 흡수축 A1을 0°기준으로 하며, D1은 제 1 액정층의 두께이고, D2는 제 2 액정층의 두께이다). 제 1 액정층의 경우 두께가 증가함에 따라 액정 방향자의 방위각은 일정하다. 제 2 액정층의 경우 두께가 증가함에 따라, 액정 방향자의 방위각은 점진적으로 증가한다. 다만, 실시예 1과 다르게, 제 1 액정층의 제 2 액정층과 마주하는 면의 액정 방향자의 방위각과 제 2 액정층의 제 1 액정층과 마주하는 면의 액정 방향자의 방위각은 서로 평행하지 않는다.
제 1 액정층은 λ/2 위상차 필름이고, 면내 위상차 값은 265 nm였고, λ/2 위상차 필름의 지상축과 편광자의 광 흡수축이 이루는 각도는 15°였다. 제 2 액정층은 트위스트 배향 액정층이고, 두께(d)와 복굴절(△n)의 곱(d×△n)이 145 nm이었으며, 비틀림 각도는 38.3°였다. 제 2 액정층의 제 1 액정층을 향하는 면의 액정 방향자의 방위각은 50°였다(편광자의 광 흡수축이 0° 기준). 제 2 액정층의 제 1 액정층과 마주하는 면의 액정 방향자(A3)의 방위각과 제 1 액정층의 지상축(A2)이 이루는 각도(θ=A3-A2)는 35°였다. 제 1 액정층과 제 2 액정층의 액정 재료는 모두 복굴절 분산 n(450nm) /n(550nm)이 1.075였다.
상기 광학 필름을 알루미늄 호일(광-반사 OLED 전극을 모방함) 상에 배치하였다. 이때, 편광자에 비해 제 2 액정층을 알루미늄 호일에 가깝게 배치하였다. 편광자 측으로, 0°의 입사각(광학 필름 평면에 수직)으로 입사되는 광에 대한 반사율은 480nm 내지 700nm 범위의 각 파장에서 1% 미만이었지만 400nm 파장에서의 반사율은 16%였고, 450nm 파장에서의 반사율은 5%였다. 또한, 60° 입사각으로 입사되는 빛에 대하여, 최대 반사율을 나타내는 방위각에서의 반사율은 4.5%였다.
10: 편광판, 101: 제 1 보호 필름, 100: 편광자, 102: 제 2 보호 필름, 20: 액정층, 201: 제 1 액정층, 202: 제 2 액정층, 30: +C 필름, 40: 디스플레이 패널, 501, 502: 배향막 또는 라미네이팅 층

Claims (15)

  1. 제 1 보호 필름, 편광자 및 제 2 보호 필름을 순차로 포함하는 편광판; 및
    상기 편광판의 일면에 형성된 액정층을 포함하고,
    상기 액정층은 수평 배향된 액정을 포함하는 제 1 액정층 및 트위스트 배향된 액정을 포함하는 제 2 액정층을 순차로 포함하며,
    제 2 액정층의 제 1 액정층과 마주하는 면의 액정 방향자의 방위각은 제 1 액정층의 지상축과 평행한 광학 필름.
  2. 제 1 항에 있어서, 제 1 액정층과 접하는 배향막을 포함하지 않는 광학 필름.
  3. 제 1 항에 있어서, 제 1 액정층의 550 nm 파장에 대한 면내 위상차 값은 120 nm 내지 210 nm 범위 내인 광학 필름.
  4. 제 1 항에 있어서, 제 1 액정층의 지상축과 편광자의 광 흡수축이 이루는 각도는 10도 내지 20도 범위 내인 광학 필름.
  5. 제 1 항에 있어서, 제 2 액정층의 비틀림 각도는 60도 내지 100도 범위 내인 광학 필름.
  6. 제 1 항에 있어서, 제 2 액정층의 두께(d)와 복굴절(△n)의 곱(d×△n)은 130 nm 내지 210 nm 범위 내이고, 복굴절(△n)은 550 nm 파장에 대한 액정층의 이상 굴절률(ne)과 액정층의 정상 굴절률(no)의 차이(ne-no)를 의미하는 광학 필름.
  7. 제 1 항에 있어서, 제 1 액정층 및 제 2 액정층은 △n(450)/△n(550) 값이 각각 1.0 내지 1.3 범위 내이고, △n(450)는 액정층의 450 nm 파장에 대한 굴절률이며, △n(550)는 액정층의 550 nm 파장에 대한 굴절률인 광학 필름.
  8. 제 1 항에 있어서, 제 2 액정층과 접하는 배향막을 포함하지 않는 광학 필름.
  9. 제 1 항에 있어서, +C 필름을 더 포함하고, +C 필름은 제 2 액정층의 제 1 액정층을 향하는 반대 면에 위치하는 광학 필름.
  10. 제 1 항의 광학 필름의 제조 방법으로서,
    기재층 상에 키랄 첨가제를 포함하지 않는 제 1 액정 조성물을 코팅하는 제 1 단계;
    상기 코팅된 제 1 액정 조성물에 선 편광의 자외선을 조사하여 제 1 액정층을 형성하는 제 2 단계;
    상기 제 1 액정층 상에 키랄 첨가제를 포함하는 제 2 액정 조성물을 코팅하는 제 3 단계; 및
    상기 코팅된 제 2 액정 조성물에 비 편광의 자외선을 조사하여 제 2 액정층을 형성하는 제 4 단계를 포함하고,
    상기 기재층은 제 1 보호 필름 또는 제 2 보호 필름인 광학 필름의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 제 2 단계에서 제 1 액정 조성물에 선 편광의 자외선을 조사함으로써, 벌키 배향(bulky alignment) 및 선 경화(pre-curing)된 제 1 액정층을 얻고, 제 1 액정층은 평면에 평행하는 지상축을 갖는 광학 필름의 제조 방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 제 3 단계에서 제 2 액정 조성물은 제 1 액정층 상에 직접 코팅되고, 제 1 액정층은 제 2 액정 조성물의 계면의 액정 방향자를 제 1 액정층의 지상축과 평행하게 배향하는 광학 필름의 제조 방법.
  13. 제 10 항에 있어서, 제 4 단계에서 비 편광의 자외선을 조사함으로써 경화된 제 1 액정층 및 제 2 액정층을 얻는 광학 필름의 제조 방법.
  14. 디스플레이 패널 및 상기 디스플레이 패널의 일면에 배치된 제 1 항의 광학 필름을 포함하는 디스플레이 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 디스플레이 패널은 OLED(Organic Light Emitting Diode) 패널인 디스플레이 장치.
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