WO2014017754A1 - 광학필름, 그 제조방법 및 이를 포함하는 액정 디스플레이 - Google Patents

광학필름, 그 제조방법 및 이를 포함하는 액정 디스플레이 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an optical film, a method of manufacturing the same, and a liquid crystal display including the same. More specifically, the present invention provides an optical film capable of improving the weakness of the narrow viewing angle and improving light leakage caused by the liquid crystal compensation by causing the film surface to have no inclined orientation, and having the inclined orientation within the film. It relates to a liquid crystal display comprising the same.
  • Liquid crystal displays are one of the most widely used flat panel displays.
  • a liquid crystal display has a structure in which a liquid crystal layer is enclosed between a thin film transistor (TFT) array substrate and a color filter substrate.
  • TFT thin film transistor
  • a polarizing film (polarizing plate) is provided outside the array substrate and the color filter substrate.
  • the polarizing film may control polarization by selectively transmitting light in a specific direction among light incident from the backlight and light passing through the liquid crystal layer.
  • the polarizing plate generally includes a polarizer, a protective layer, and a compensation film capable of polarizing light in a specific direction.
  • the liquid crystal display Due to the refractive anisotropy of the liquid crystal, the liquid crystal display has a fundamental problem of a viewing angle.
  • Wide viewing angle technologies such as vertical alignment (VA) mode or horizontal alignment mode (IPS, FFS), which improve the viewing angle of the conventional twisted nematic (TN) mode, have been adopted.
  • VA vertical alignment
  • IPS horizontal alignment mode
  • TN twisted nematic
  • the horizontal alignment mode liquid crystal has a disadvantage of slow arch speed, but has an advantage of excellent contrast ratio and viewing angle at an inclination angle.
  • the vertically aligned liquid crystal has a fast response speed but excellent front contrast ratio, but the polarization state at the inclination angle is severe, and the viewing angle characteristics are not good. Therefore, the improvement of the viewing angle characteristic is a very important problem in the liquid crystal display employing the vertical alignment mode liquid crystal and a compensation film for improving the viewing angle is essential.
  • One object of the present invention is to provide an optical film and a method of manufacturing the same in which the surface is inclined orientation does not occur in a single film without a separate coating process, the interior is inclined orientation.
  • Another object of the present invention is to provide an optical film, a method for manufacturing the same, and a liquid crystal display including the same, which can greatly improve the viewing angle of a liquid crystal display.
  • Still another object of the present invention is to provide an optical film, a method of manufacturing the same, and a liquid crystal display including the same, which can improve light leakage caused by liquid crystal compensation.
  • the optical film is a non-liquid-crystalline thermoplastic single film, the first and second surface portion located on the surface in the thickness direction of the film; And inside the film positioned between the first and second surface portions, wherein the first and second surface portions are not inclined in the thickness direction of the film, and the inside of the film is inclined in the thickness direction of the film. It is characterized by.
  • the first and second surface portions may have a thickness from 1 to 20;
  • the first and second surface portions may be 1 to 30% of the total thickness of the film.
  • the inside of the film may be a film ⁇ angle of 5 ⁇ 35 ° defined by the angle at which orthogonal Nicole transmittance is the minimum.
  • the film inner thickness may be 5 to 100.
  • the ratio of the maximum ⁇ angle ( ⁇ ) and the minimum ⁇ angle ( ⁇ 2) ( ⁇ 1 / ⁇ 2) may be 1.0-7.0.
  • the thermoplastic resin may include at least one resin selected from the group consisting of cycloolefin resin, polycarbonate resin polyolefin resin, aromatic vinyl resin, polyamide resin, polyimide resin, polyester resin and acrylic resin. Can be.
  • the optical film may have an in-plane phase retardation value Ro of 20 to 110 nm defined by the following formula at 550 nm.
  • the optical film may have a thickness direction phase retardation value (Rth) of 80 to 190 nm, defined by Equation 2 below 550 nm.
  • nx, ny 'and nz' are the refractive indices in the x-axis, y'-axis and z'-axis directions, respectively, and d is the thickness of the film).
  • the optical film may have a thickness of 30 to 110 m.
  • Another aspect of the invention relates to a liquid crystal display comprising the optical film.
  • the liquid crystal display is a polarizing film; And the optical film laminated on the polarizing film.
  • the other surface of the optical film may further include a liquid crystal layer.
  • Another aspect of the invention relates to a method for producing the optical film.
  • the method comprises melt extrusion of a non-liquid crystalline thermoplastic resin; And passing the melt-extruded thermoplastic resin through a first molding and a second molding to form a film, wherein the surface temperatures of the first and second molding rolls are equal to or less than a glass transition temperature of the thermoplastic resin.
  • the running of the first and second forming rolls it is characterized in that the inclination angle is given to the inside of the film by generating a different shear force on the film surface and inside.
  • the surface temperature (Tr) of the first and second molding may satisfy the following Equation 3:
  • Tr is the thermoplastic resin temperature immediately after melt extrusion
  • Tr is the surface temperature of elasticity
  • the first and second molding rolls may have different elasticities from each other.
  • the method may further include stretching the thermoplastic resin film passed through the first and second moldings.
  • the stretching may be 5 to 20% of the stretching direction in the opposite traveling direction (TD).
  • the stretching may be performed at a temperature lower than the glass transition temperature (Tg) of the thermoplastic resin.
  • the surface does not have an inclined orientation without a separate coating process, and the inside thereof has an inclined orientation, and has an effect of greatly improving light leakage caused by the viewing angle of the liquid crystal display and the liquid crystal compensation.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an optical film according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining the film ⁇ angle.
  • Figure 3 schematically shows an image of a polarizing microscope image according to the rotation angle when the optical film of the present invention between the orthogonal Nicole polarizing plate and rotated from 0 to 90 degrees.
  • 4 is a schematic diagram showing a process of manufacturing an optical film according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a liquid crystal display according to one embodiment of the present invention.
  • Example 6 is a polarization micrograph of the optical film prepared in Example 4.
  • Example 7 is an optical axis director in the thickness direction for the optical film produced in Example 4.
  • FIG. 8 is optical axis data in the thickness direction of the optical film prepared in Example 4.
  • the optical film 10 of the present invention comprises: first and second surface portions 10a and 10b positioned on the surface in the thickness direction; And an inside of the film 10c positioned between the first and second surface portions, wherein the first and second surface portions 10a and 10b are not oriented obliquely in the thickness direction of the film.
  • (10c) is characterized by being inclined in the thickness direction of the film.
  • the optical film 10 is a single liquid crystal thermoplastic resin film.
  • the material which can be used as the optical film 10 of the present invention is transparent
  • the thermoplastic resin may include cycloolefin resin, polycarbonate resin, polyolefin resin, aromatic vinyl resin, polyamide resin, polyimide resin, polyester resin, acrylic resin, and the like. It may be used alone or in combination of two or more.
  • a single film means that the surface portion and the inside are formed by extrusion without forming a separate coating layer or adhesive layer. That is, no adhesive layer or coating layer is formed between the first and the second surface portions 10a and 10b and the inner portion 10c, and are the same components and are merely classified for convenience.
  • the optical film of the present invention is formed to have different orientations according to the surface and the interior thereof, thereby improving the viewing angle and light leakage.
  • the manufacturing of the optical film having different inclination orientations according to the surface and the inside can be performed in a single extrusion process, the process can be shortened and manufacturing cost can be reduced.
  • the first and second surface portions 10a and 10b may have a thickness (tl, t2) of 1 to 20, preferably 3 to 10, from the surface. It is possible to secure an excellent viewing angle in the above range.
  • first and second surface portions may be 1 to 30% of the total thickness of the film. It is possible to secure an excellent viewing angle in the above range.
  • the film interior 10c thickness t3 may be between 5 and 100, preferably between 10 and 65.
  • the film inside 10c may have a film ⁇ angle of 5 to 35 ° defined by an angle at which orthogonal nicotine transmittance is minimum.
  • the film ⁇ angle is the same as the intercept alignment angle, and as shown in FIG. 2, an angle formed between the ⁇ axis in the thickness direction and the ⁇ ′ axis perpendicular to the alignment plane.
  • Such a film ⁇ angle can be obtained at an angle at which orthogonal Nicole transmittance is minimum by observing orthogonal nicol between polarizing plates.
  • the film 10c may have different values of the film ⁇ angles along the z axis in the thickness direction.
  • the film ⁇ angle may be 21-27 ° at a position 10-20 from the film surface, while the film ⁇ angle may be 15-20 ° at a position 70 70 from the film surface.
  • the inclination orientation is different according to the film thickness, and the film ⁇ angle has different distribution.
  • the ratio ( ⁇ 1 / ⁇ 2) of the maximum ⁇ angle ( ⁇ ) and the minimum ⁇ angle 032 inside the film may be 1 to 7.0, more preferably 1 1.8.
  • the viewing angle compensation is excellent in the above range.
  • the optical film may have an in-plane phase retardation value Ro of 20 to 110 nm defined in the following formula at 550 nm. There is an advantage of viewing angle compensation in this range.
  • the in-plane phase retardation value Ro may be 50 to 100 nm.
  • the optical film may have a thickness direction phase retardation value Rth defined by Equation 2 at 550 nm of 80 to 190 nm. There is an advantage of viewing angle compensation in this range.
  • the thickness direction phase retardation value Rth may be 120 to 180 nm.
  • nx, ny ', and nz' are the refractive indices in the x-axis y'-axis and z'-axis directions, respectively, and d is the thickness of the film).
  • the thickness (d) of the film may be 30 to 110 urn, preferably 50 to 100.
  • Figure 3 schematically shows an image of a polarizing microscope image according to the rotation angle when the optical film of the present invention between the orthogonal Nicole polarizing plate and rotated from 0 to 90 degrees.
  • the black part in the figure means the darkest color (extinction) under orthogonal nicole.
  • the matte level is formed at any angle on the surface portion of the film, it can be seen that the matte level does not exist in the inside of the film is oriented according to the thickness.
  • Another aspect of the invention relates to a method for producing the optical film.
  • the method comprises melt extrusion of a non-liquid crystalline thermoplastic resin; And passing the melt-extruded thermoplastic resin through a first molding roll and a second molding to form a film, wherein the surface temperature of the first and second molding rolls is a glass transition temperature (Tg) of the thermoplastic resin.
  • Tg glass transition temperature
  • thermoplastic resin 44 melt-extruded in the die 43 is passed between the first forming roll 41 and the second forming roll 42 to be produced in the form of a film.
  • the melt-extruded thermoplastic resin is in contact with a forming roll, and the inside of the film is at or above the Tg temperature when the film is formed, whereas the film surface is different below the Tg temperature.
  • the forming rolls at both ends run in a state where a difference between the film surface and the molding temperature is generated, different shearing forces are generated on the surface and the inside of the film to have an inclination angle in the thickness direction.
  • the surface temperature Tr of the first and second moldings (41, 42) may satisfy the following Equation 3: [Equation 3]
  • Tr is the thermoplastic resin temperature immediately after melt extrusion
  • Tr is the surface temperature of elasticity
  • the first and second forming rolls 41 and 42 may form various film ⁇ angles by varying the elasticity of each other.
  • the first molding 41 may be more elastic than the second molding 42.
  • a combination of rubber roll + FSR, FSR + FSR roll, SFR roll + FSR roll, metal roll + FSR roll, SFR + SFR, metal + rubber roll can be used.
  • the FSR is a roll in which a water layer and a steel layer are sequentially formed on a metal roll surface
  • the SFR is a metal in which a rubber layer and a steel layer are sequentially formed on a metal roll surface.
  • first and second moldings may be at different speeds (41, 42).
  • the speed of the first forming roll 41 can be faster than the second forming roll 42.
  • the speed of the first molding can be driven at a speed of 0.9 to 1.2 times the second forming roll.
  • the thermoplastic resin film passed through the first and second moldings 41 and 42 may further include stretching.
  • the stretching may be biaxial stretching, and the stretching may be performed at 5-20% of the traveling direction in the opposite traveling direction (TD). In this range, the front phase difference Ro 'and the side phase difference Rth' can be secured.
  • the stretching may be performed in the direction opposite to the travel (TD) at 8 to 15% of the travel direction.
  • the stretching may be performed at a temperature lower than the glass transition temperature (Tg) of the thermoplastic resin.
  • Tg glass transition temperature
  • the stretching may be performed at a temperature of 1 to 20 ° C, for example, 5 to 15 ° C lower than the glass transition temperature (Tg) of the thermoplastic resin.
  • the film ⁇ angle may be reduced compared to the film ⁇ angle immediately after extrusion.
  • the film ⁇ angle after stretching may be about 1 to 20 degrees lower than the film ⁇ angle immediately after extrusion.
  • Another aspect of the invention relates to a liquid crystal display comprising a standing optical film. Since the optical film is not inclined to the surface but is inclined only inside, it is possible to secure an excellent viewing angle even in the vertical alignment mode liquid crystal. By applying a polymer film having a low coefficient, it is possible to improve the light leakage mura generated in the liquid crystal compensation.
  • the liquid crystal display is a polarizing film; And the optical film laminated on the polarizing film.
  • the other surface of the polarizing film may further include a liquid crystal layer.
  • 5 is a cross-sectional view schematically showing a liquid crystal display according to one embodiment of the present invention.
  • a liquid crystal panel including a liquid crystal layer 40 encapsulated between the first substrate 30a and the second substrate 30b, and on one surface (upper surface) of the first substrate 30a
  • the optical film 10 of the present invention may be laminated.
  • the upper (surface) and the lower (surface) are names attached for convenience of reference to the upper and lower sides of the drawings and are not necessarily used as names meaning upper and lower parts.
  • the first substrate 30a may be a color filter (CF) substrate (upper substrate)
  • the second substrate 30b may be a TFTCThin Film Transistor (substrate) substrate.
  • the first substrate 30a and the second substrate 30b may be glass substrates or plastic substrates.
  • the plastic substrate is polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate (PC), polyimide (Pl), polyethylene naphthalate (PEN), polyether sulfone (PES), polyarylate (PAR), and COCCcycloolefin copolymer (PCC) which can be used for flexible displays. It may be a plastic engine such as, but the present invention is not limited thereto.
  • the optical film 10 of the present invention may be stacked on the first substrate 30a. Although not shown in the drawings, the optical film 10 of the present invention may be stacked below the second substrate 30b.
  • the polarizing film 20 including the polarizer and the protective film may be formed on the optical film 10.
  • a general pressure-sensitive adhesive layer may be further formed.
  • the liquid crystal layer 40 may be a liquid crystal layer including a vertical alignment (VA) mode liquid crystal.
  • VA vertical alignment
  • a ridge including an electrode pair is formed on a surface adjacent to the liquid crystal layer on a first substrate and a second substrate to form a multi-domain vertial alignment mode (MVA) mode.
  • VVA multi-domain vertial alignment mode
  • PVMPatterned Vertical Alignment to form a multi-domain structure when the voltage is applied, or a vertical alignment mode using a chiral additive, and the like, and the cell gap of the liquid crystal cell may be 2 to 8.
  • the RX4500 thermoplastic resin manufactured by JSR, was melt-extruded with a T die at 230-280 ° C. and passed between an FSR roll and a metal roll to prepare a film. At this time, the FSR was set to run at a speed / metal roll speed ratio of 1.01 1.03. The extruded film was stretched 12% of the traveling direction in the opposite traveling direction (TD) to prepare an optical film having a thickness of 80-90 rn. The surface temperature of the FSR roll and the metal roll was changed to the same as in Table 1. Comparative Examples 1 to 12
  • nx and ny 1 are the refractive indexes in the x- and y'-axis directions, respectively, and d is the thickness of the film).
  • nx, ny 'and nz' are the refractive indices in the x-axis, y'-axis and z'-axis directions, respectively, and d is the thickness of the film).
  • Average ⁇ angle It measured using Axo scan. This is calculated as an average value of ⁇ angles distributed in the thickness direction of the entire film.
  • the optical film of Examples 1 to 8 has a superior viewing angle than the optical film prepared in Comparative Example 1-11.
  • Comparative Example 12 was able to secure a similar viewing angle as in Example, it can be seen that the CR value is not good compared to the Example.
  • the optical film prepared in Example 4 was microtome using GLASS KNIFE so that the film thickness was 100 ⁇ and the section thickness 40 after epoxy molding.
  • the film slices were placed on glass, sandwiched between orthogonal nicotine polarizing plates, and observed with a polarizing microscope to confirm the orientation according to the angle.
  • the polarization microscope picture is shown in FIG. As a result of microscopy, it had minimum luminance at +18 degrees and -71 degrees.
  • FIG. 7 is an optical axis director in the thickness direction for the optical film manufactured in Example 4
  • FIG. 8 is optical axis data in the thickness direction for the optical film manufactured in Example 4.
  • FIG. 7 and 8 represent the thickness direction of the film, and the X direction is the machine direction (MD) of the film.
  • MD machine direction

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Description

【명세서】
[발명의 명.칭]
광학필름, 그 제조방법 및 이를 포함하는 액정 디스플레이 【기술분야】
본 발명은 광학필름， 그 제조방법 및 이를 포함하는 액정 디스플레이에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 필름 표면은 경사 배향이 발생하지 않고， 필름 내부는 경사 배향이 발생하도록 하여 좁은 시야각의 취약점을 개선하고 액정 보상에서 발생하는 빛샘을 개선할 수 있는 광학필름， 그 제조방법 및 이를 포함하는 액정 디스플레이에 관한 것이다.
【배경기술】
액정 디스플레이 (liquid crystal display, LCD)는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 디스플레이 (flat panel display) 중 하나이다. 일반적으로 액정 디스플레이는 TFT(Thin Film Transistor) 어레이 기판과 칼라필터 기판 사이에 액정층이 봉입된 구조를 취한다. 상기 어레이 기판과 칼라필터 기판에 존재하는 전극에 전기장을 인가하면 그 사이에 봉입된 액정층의 액정 분자의 배열이 변하게 되고， 이를 이용해 영상을 표시하게 된다. 한편， 어레이 기판과 칼라필터 기판의 외측에는 편광필름 (편광판)이 구비되어 있다. 편광필름은 백라이트로부터 입사되는 빛 및 액정층을 통과한 빛 중 특정 방향의 빛을 선택적으로 투과함으로써 편광을 제어할 수 있다. 편광판은 빛을 특정 방향으로 편광시킬 수 있는 편광자 (polarizer), 보호층 및 보상필름을 포함하는 것이 일반적이다.
액정의 굴절율 이방성에 기인하여 액정 디스플레이는 시야각이라는 근본적인 문제를 안고 있다. 기존의 TN(Twisted Nematic) 모드의 시야각을 개선한 수직배향 (VA) 모드 또는 수평배향 모드 (IPS, FFS) 등의 광시야각 기술이 많이 채용되고 있다.
수평배향 모드 액정은 웅답속도가 느린 단점이 있으나 경사각에의 명암비 및 시야각이 우수한 장점이 있다. 이에 비해 수직배향 액정은 응답속도는 빠르나 정면 명암비는 우수하나 경사각에서의 편광상태의 변화가 심해 시야각 특성이 좋지 않다. 따라서， 수직배향 모드 액정을 채용한 액정 디스플레이에서 시야각 특성 개선을 매우 중요한 문제이며 시야각 개선을 위한 보상필름이 필수적이다.
종래에는 두께방향으로 배향된 시야각 보상필름이 개발되었으나， 표면에서 내부까지 경사배향이 있는 구조이며, 이러한 구조는 콘트라스트비 (CR)가 저하되는 문제가 있다. 【발명의 상세한 설명】
【기술적 과제】
본 발명의 하나의 목적은 별도의 코팅공정 없이 단일 필름에서 표면은 경사 배향이 발생하지 않고， 내부는 경사 배향이 있는 광학필름 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 액정 디스플레이의 시야각을 크게 개선할 수 있는 광학필름， 그 제조방법 및 이를 포함하는 액정 디스플레이를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 액정 보상에서 발생하는 빛샘 무라를 개선할 수 있는 광학필름, 그 제조방법 및 이를 포함하는 액정 디스플레이를 제공하는 것이다.
【기술적 해결방법】
본 발명의 하나의 관점은 광학필름에 관한 것이다. 상기 광학필름은 비액정 열가소성 수지 단일 필름이며， 상기 필름의 두께방향으로 표면에 위치하는 제 1 및 제 2 표면부; 및 상기 제 1 및 제 2 표면부 사이에 위치하는 필름 내부로 이루어지고， 상기 제 1 및 제 2 표면부는 필름의 두께 방향으로 경사 배향되지 않으며, 상기 필름 내부는 필름의 두께 방향으로 경사 배향되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 및 제 2 표면부는 표면으로부터 두께가 1 내지 20 ； 일 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 표면부는 필름 전체 두께중 1 내지 30 % 일 수 있다. 상기 필름 내부는 직교 니콜 투과도가 최소가 되는 각도로 정의되는 필름 β각이 5~35 ° 일 수 있다.
상기 필름 내부 두께는 5 내지 100 일 수 있다.
상기 필름 내부에서 최대 β각 (βΐ)과 최소 β각 (β2)의 비 (β1/β2)가 1.0-7.0 일 수 있다. 상기 열가소성 수지는 사이클로 올레핀계 수지， 폴리 카보네이트계 수지 폴리올레핀계 수지， 방향족 비닐계 수지， 폴리아미드계 수지, 폴리이미드계 수지, 폴리에스테르계 수지 및 아크릴계 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 수지를 하나 이상 포함할 수 있다.
상기 광학필름은 550nm에서 하기 식으로 정의되는 면내 위상 지연값 (Ro)이 20 내지 110 nm일 수 있다.
[식 1]
Ro' = (nx - ny')xd
(상기 식에서， nx, ny'는 각각 χ 축 및 y'축 방향의 굴절율 (refractive index)이고, d는 필름의 두께이다 λ 상기 광학필름은 550nm 에서 하기 식 2 로 정의되는 두께 방향 위상 지연값 (Rth)이 80 내지 190 nm일 수 있다.
[식 2]
Rth' = [(nx+ny')/2 - nz']xd
(상기에서， nx, ny', nz'는 각각 x 축， y'축 및 z'축 방향의 굴절율이고， d 는 필름의 두께이다).
상기 광학필름은 두께가 30 내지 110 m일 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 상기 광학필름을 포함하는 액정 디스플레이에 관한 것이다.
상기 액정 디스플레이는 편광필름; 및 상기 편광필름에 적층된 상기 광학필름을 포함한다.
상기 광학필름의 타면에는 액정층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점은 상기 광학필름의 제조방법에 관한 것이다. 상기 방법은 비액정 열가소성 수지를 용융압출하고; 그리고 상기 용융압출된 열가소성 수지를 제 1 성형를과 제 2 성형를 사이로 통과시켜 필름 형태로 제조하는 단계를 포함하고， 상기 제 1 및 제 2 성형롤의 표면온도는 상기 열가소성 수지의 유리전이온도 이하이며, 상기 제 1 및 제 2 성형롤의 주행에 따라 필름 표면과 내부에 상이한 전단력을 발생시켜 필름 내부에 경사각도를 부여하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 및 제 2성형를의 표면온도 (Tr)는 하기 식 3을 만족할 수 있다:
[식 3]
Te 0.4 < Tr < Te x 0.5
(Te는 용융압출 직후 열가소성 수지 온도， Tr은 탄성를의 표면온도).
구체예에서 상기 제 1 및 제 2성형롤은 서로 탄성도가 다를 수 있다.
구체예에서 상기 제 1 및 제 2 성형를 사이로 통과된 열가소성 수지 필름을 연신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 연신은 주행 반대 방향 (TD)으로 주행 방향 대비 5~20% 연신할 수 있다.
상기 연신은 상기 열가소성 수지의 유리전이온도 (Tg) 보다 낮은 온도에서 연신할 수 있다.
【유리한 효과】 본 발명의 광학필름은 별도의 코팅공정 없이 표면은 경사 배향이 발생하지 않고， 내부는 경사 배향이 있도록 하여， 액정 디스플레이의 시야각과 액정 보상에서 발생하는 빛샘 무라를 크게 개선할 수 있는 효과를 갖는다. 【도면의 간단한 설명】
도 1 은 본 발명의 한 구체예에 따른 광학필름을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 필름 β각을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3 은 본 발명의 광학필름을 직교 니콜 편광판 사이에 놓고 0~90 도 회전시 회전 각도에 따라 편광 현미경 화상의 이미지를 개략적으로 도시한 것이다. 도 4 는 본 발명의 한 구체예에 따라 광학필름을 제조하는 과정을 나타낸 모식도이다.
도 5 는 본 발명의 하나의 구체예에 따른 액정 디스플레이를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6은 실시예 4에서 제조된 광학필름에 대한 편광현미경 사진이다.
도 7 은 실시예 4 에서 제조된 광학필름에 대한 두께방향의 광축 director이다.
도 8 은 실시예 4 에서 제조된 광학필름에 대한 두께 방향의 광축 데이터이다.
【발명의 실시를 위한 최선의 형태】
광학필름
도 1 은 본 발명의 한 구체예에 따른 광학필름을 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 1 에 도시된 것과 같이， 본 발명의 광학필름 (10)은 두께방향으로 표면에 위치하는 제 1 및 제 2 표면부 (10a, 10b); 및 상기 제 1 및 제 2 표면부 사이에 위치하는 필름 내부 (10c);로 이루어지며, 상기 제 1 및 제 2 표면부 (10a, 10b)은 필름의 두께 방향으로 경사 배향되지 않으며， 상기 필름 내부 (10c)는 필름의 두께 방향으로 경사 배향되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 광학필름 (10)은 비액정 열가소성 수지 단일 필름이다.
구체예에서 본 발명의 광학필름 (10)으로 사용될 수 있는 재료는 투명하며,
-압출 가능한 열가소성 수지면 적용될 수 있다. 구체예에서 상기 열가소성 수지는 사이클로 올레핀계 수지， 폴리카보네이트계 수지， 폴리올레핀계 수지， 방향족 비닐계 수지， 폴리아미드계 수지， 폴리이미드계 수지， 폴리에스테르계 수지 및 아크릴계 수지 등이 사용될 수 있으며， 이들은 단독 또는 2종 이상 흔합하여 사용될 수 있다. 본 발명에서 단일 필름은 별도의 코팅층이나 접착층 등의 형성없이 표면부와 내부가 압출에 의해 형성된 것을 의미한다. 즉， 상기 제 1 및 게 2 표면부 (10a, 10b)과 상기 내부 (10c) 간에는 어떠한 접착층이나 코팅층이 형성되지 않으며， 동일한 성분이며, 단지 배향여부에 따라 편의상 구분한 것이다.
이처럼 본 발명의 광학필름은 표면과 내부에 따라 배향이 다르게 형성되어 시야각과 빛샘 등을 개선할 수 있는 것이다. 또한 이와 같이 표면 및 내부에 따라 경사배향을 달리한 광학필름의 제조를 단일 압출공정에서 수행할 수 있으므로 공정이 단축되고 제조원가를 절감할 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 표면부 (10a, 10b)은 표면으로부터 두께 (tl, t2)가 1 내지 20 ， 바람직하게는 3 내지 10 일 수 있다. 상기 범위에서 우수한 시야각을 확보할 수 있다.
또한 상기 제 1 및 제 2 표면부는 필름 전체 두께중 1 내지 30 % 일 수 있다. 상기 범위에서 우수한 시야각을 확보할 수 있다.
상기 필름 내부 (10c) 두께 (t3)는 5 내지 100 , 바람직하게는 10 내지 65 일 수 있다.
도 2 는 필름 β각을 설명하기 위한 개념도이다. 상기 필름 내부 (10c)는 직교 니콜 투과도가 최소가 되는 각도로 정의되는 필름 β각이 5~35 ° 일 수 있다. 상기 필름 β각은 절편배향각과 동일하며， 도 2 에 도시된 바와 같이, 두께 방향인 ζ 축과 배향면에 수직인 ζ' 축간 이루는 각이다. 이러한 필름 β각은 편광판 사이에 놓고 직교 니콜을 관찰하여 직교 니콜 투과도가 최소가 되는 각도로 구할 수 있다.
상기 필름 내부 (10c)는 두께 방향인 z 축에 따라 필름 β각이 서로 다른 값을 가질 수 있다. 예를 들면 필름 표면에서부터 10-20 인 위치에서는 필름 β각이 21-27 ° 인 반면， 필름 표면에서부터 70 80 인 위치에서는 필름 β각이 15-20 ° 일 수 있다. 이처럼 필름 두께에 따라 경사 배향이 달라 필름 β각이 다른 분포를 갖게 된다. 바람직하게는 필름 내부에서 최대 β각 (βΐ)과 최소 β각 032)의 비 (β1/β2)가 1~7.0， 보다 바람직하게는 1 1.8 일 수 있다. 상기 범위에서 시야각 보상이 우수하다.
상기 광학필름은 550nm에서 하기 식으로 정의되는 면내 위상 지연값 (Ro)이 20 내지 110 nm 일 수 있다. 상기 범위에서 시야각 보상의 장점이 있다. 바람직하게는 면내 위상 지연값 (Ro)이 50 내지 100 nm일 수 있다.
[식 1]
Ro' = (nx - ny')xd
(상기 식에서， nx, ny'는 각각 χ 축 및 y'축 방향의 굴절율 (refractive index)이고, d는 필름의 두께이다). 상기 광학필름은 550nm 에서 하기 식 2 로 정의되는 두께 방향 위상 지연값 (Rth)이 80 내지 190 nm 일 수 있다. 상기 범위에서 시야각 보상의 장점이 있다. 바람직하게는 두께 방향 위상 지연값 (Rth)이 120 내지 180 nm일 수 있다.
[식 2]
Rth' = [(nx+ ny')/2 - nz']xd
(상기에서， nx, ny', nz'는 각각 x 축ᅳ y'축 및 z'축 방향의 굴절율이고， d 는 필름의 두께이다).
구체예에서 상기 필름의 두께 (d)는 30 내지 110 urn, 바람직하게는 50 내지 100 일 수 있다.
도 3 은 본 발명의 광학필름을 직교 니콜 편광판 사이에 놓고 0~90 도 회전시 회전 각도에 따라 편광 현미경 화상의 이미지를 개략적으로 도시한 것이다. 도면에서 검은색 부분은 직교 니콜하에서 가장 어둡게 나타나는 것 (소광위)을 의미한다. 도시된 바와 같이, 필름의 표면부에는 어느 각도이든 소광위가 형성되어 있는 반면， 필름의 내부는 소광위가 존재하지 않으며， 두께에 따라 배향되어 있는 것을 알 수 있다. 광학필름 제조방법
본 발명의 또 다른 관점은 상기 광학필름의 제조방법에 관한 것이다. 상기 방법은 비액정 열가소성 수지를 용융압출하고; 그리고 상기 용융압출된 열가소성 수지를 제 1 성형롤과 제 2 성형를 사이로 통과시켜 필름 형태로 제조하는 단계를 포함하고， 상기 제 1 및 제 2 성형롤의 표면온도는 상기 열가소성 수지의 유리전이온도 (Tg) 이하이며， 상기 제 1 및 제 2 성형를의 주행에 따라 필름 표면과 내부에 상이한 전단력을 발생시켜 필름 내부에 경사각도를 부여하는 것을 특징으로 한다.
도 4 는 본 발명의 한 구체예에 따라 광학필름을 제조하는 과정을 나타낸 모식도이다. 도시된 바와 같이ᅳ 다이 (43)에서 용융압출된 열가소성 수지 (44)는 제 1성형롤 (41)과 제 2성형롤 (42) 사이로 통과되어 필름 형태로 제조된다.
이처럼 용융 압출된 열가소성 수지가 성형롤 접촉하여 필름 성형시 필름 내부는 Tg 온도 이상인 반면, 필름 표면은 Tg 온도 이하로 다르게 된다. 필름 표면과 내부의 성형 온도 차이를 발생시킨 상태에서 양단부의 성형롤이 주행하게 되면 필름의 표면과 내부에 상이한 전단력을 발생하게 되어 두께 방향으로 경사 각도를 갖게 되는 것이다.
구체예에서 상기 제 1 및 제 2성형를 (41， 42)의 표면온도 (Tr)는 하기 식 3을 만족할 수 있다: [식 3]
Te x 0.4 < Tr < Te x 0.5
(Te는 용융압출 직후 열가소성 수지 온도， Tr은 탄성를의 표면온도).
만일 상기 제 1 및 제 2 성형를 (41， 42)의 표면온도가 상기 범위를 벗어날 경우， 표면부는 배향되지 않고 내부만 경사배향된 구조를 가지기 어렵다.
구체예에서 상기 제 1 및 제 2 성형롤 (41， 42)은 서로 탄성도를 다르게 하여 다양한 필름 β각을 형성시킬 수 있다. 예를 들면， 상기 제 1성형를 (41)은 상기 제 2 성형를 (42)보다 탄성이 더 클 수 있다. 구체예에서는 고무롤 +FSR 를， FSR를+ FSR롤， SFR롤+ FSR롤， 금속롤+ FSR롤， SFR를+ SFR를， 금속 를+고무 Roll 등의 조합이 사용될 수 있다. 상기 FSR 를은 금속롤 표면에 물층과 스틸층이 순차적으로 형성된 롤이며, 상기 SFR 를은 금속를 표면에 고무층과 스틸층이 순차적으로 형성된 를이다.
또한， 상기 제 1 및 제 2 성형를 (41， 42)의 속도를 달리할 수도 있다. 예를 들면 상기 제 1성형롤 (41)의 속도는 상기 제 2 성형롤 (42)보다 빠르게 할 수 있다. 구체예에서는 상기 제 1 성형를의 속도는 상기 제 2 성형롤 대비 0.9 내지 1.2 배 속도로 주행하게 할 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 성형를 (41， 42) 사이로 통과된 열가소성 수지 필름은 연신하는 단계를 더 포함할 수 있다. 구체예에서는 상기 연신은 2 축연신으로 하며， 주행 반대 방향 (TD)으로 주행 방향 대비 5-20%로 연신할 수 있다. 상기 범위에서 정면 위상차 (Ro') 및 측면 위상차 (Rth') 특성을 확보할 수 있다. 바람직하게는 상기 연신은 주행 반대 방향 (TD)으로 주행 방향 대비 8 15 % 로 연신할 수 있다.
바람직하게는 상기 연신은 상기 열가소성 수지의 유리전이온도 (Tg) 보다 낮은 온도에서 연신할 수 있다. 예를 들면， 상기 연신은 열가소성 수지의 유리전이온도 (Tg) 보다 1~20 °C, 예를 들면 5~15 °C 낮은 온도에서 수행할 수 있다. 상기 범위에서 명암비를 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
이와 같이 연신과정을 거친 후 필름 β각은 압출 직후 필름 β각에 비해 감소할 수 있다. 구체예에서는 연신 후 필름 β각은 압출 직후 필름 β각 보다 1~20 도 정도 낮을 수 있다. 액정 디스플레이
본 발명의 다른 관잠은 상거 광학필름을 포함하는 액정 디스플레이에 관한 것이다. 상기 광학필름은 표면에는 경사배향되지 않고 내부에만 경사배향되어 있으므로 수직배향 모드 액정에서도 우수한 시야각을 확보할 수 있으며， 광탄성 계수가 낮은 고분자 필름을 적용하므로 액정 보상에서 발생하는 빛샘 무라를 개선할 수 있다.
한 구체예에서는 상기 액정 디스플레이는 편광필름; 및 상기 편광필름에 적층된 상기 광학필름을 포함한다.
상기 편광필름의 타면에는 액정층을 더 포함할 수 있다. 도 5 는 본 발명의 하나의 구체예에 따른 액정 디스플레이를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도시된 바와 같이， 제 1 기판 (30a)과 제 2기판 (30b) 사이에 봉입된 액정층 (40)을 포함하는 액정패널을 포함하며， 상기 제 1 기판 (30a)의 일면 (상부면)에 본 발명의 광학필름 (10)이 적층될 수 있다. 본 발명에서 상부 (면) , 하부 (면)은 도면 상의 상， 하를 기준으로 편의상 붙여진 명칭이며 반드시 상부와 하부를 의미하는 명칭으로 사용하는 것은 아니다. 한 구체예에서는 상기 제 1 기판 (30a)은 칼라필터 (CF) 기판 (상부 기판)， 제 2 기판 (30b)은 TFTCThin Film Transistor) 기판 (하부 기판)일 수 있다.
상기 제 1 기판 (30a)과 제 2기판 (30b)은 유리 기판 또는 플라스틱 기판일 수 있다. 상기 플라스틱 기판은 플렉서블 (flexible) 디스플레이에 사용될 수 있는 PET(polyethylene terephthalate), PC(poly carbonate), Pl(polyimide), PEN(polyethylene naphthalate), PES(polyether sulfone), PAR(polyarylate) 및 COCCcycloolefin copolymer) 등의 플라스틱 기관일 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제 1 기판 (30a) 상에는 본 발명의 광학필름 (10)이 적층될 수 있다. 또한 도면에는 도시하지 않았으나， 제 2 기판 (30b) 하부에도 본 발명의 광학필름 (10)이 적층될 수 있다.
상기 광학필름 (10) 상에는 편광자와 보호필름을 포함하는 편광필름 (20)이 형성될 수 있다.
그 밖에 도면에는 도시하지 않았으나， 통상의 점착제층， 반사반지충， 하드 코팅층 등이 더 형성될 수 있다.
상기 액정층 (40)은 수직배향 (VA)모드 액정을 포함하는 액정층일 수 있다. 수직배향 모드로는 제 1 기판과 제 2 기판에 전극쌍을 포함하는 릿지 (ridge)가 액정층에 인접한 표면 위에 형성되어 멀티 도메인을 이루는 MVA(Multi-domain Vertial Alignment) 모드， 전극에 패턴을 형성하여 전압 인가시에 멀티도메인 구조를 형성하는 PVMPatterned Vertical Alignment) 모드， 또는 카이랄 첨가제를 사용하는 수직배향 모드 등을 사용할 있으며， 액정셀의 셀갭은 2 ~ 8 일 수 있다. 【발명의 실시를 위한 형태】
실시예
실시예 1~8
JSR 업체에서 제조된 RX4500 열가소성 수지를 230~280°C에서 T 다이로 용융압출하고 FSR 롤과 금속 롤 사이로 통과시켜 필름형태로 제조하였다. 이 때 FSR 를 속도 / 금속 롤 속도의 비율을 1.01 1.03 으로 주행하도록 하였다. 압출된 필름을 주행 반대 방향 (TD)으로 주행 방향 대비 12% 연신하여 두께 80-90 rn 인 광학필름을 제조하였다. FSR 롤과 금속 롤의 표면온도는 동일하게 하여 표 1 과 같이 변화시켰다. 비교예 1~12
FSR 롤과 금속 롤의 표면온도를 표 1 과 같이 변화시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1~8과 동일하게 수행하였다.
[표 1]
Figure imgf000011_0002
물성평가방법
(1) 제조된 필름에 대해 Axo scan 을 이용하여
Figure imgf000011_0001
구하고， Ro'와 Rth' 값을 하기 식 1 및 2에 의해 구하였다. [식 1]
Ro' = (nx - ny')xd
(상기 식에서, nx, ny1는 각각 x 축 및 y'축 방향의 굴절율 (refractive index)이고, d는 필름의 두께이다).
[식 2]
Rth* = [(nx+ ny*)/2 - nz']Xd
(상기에서， nx, ny', nz'는 각각 x 축， y'축 및 z'축 방향의 굴절율이고， d 는 필름의 두께이다).
(2) 평균 β각 ： Axo scan 을 이용하여 측정하였다. 이는 전체 필름의 두께 방향 내에 분포한 β각의 평균 값으로 계산된다.
두께 방향 내의 상세한 두께 프로파일을 보기 위해 이미지 분석 프로그램을 사용하여 각도별로 편광현미경 이미지의 휘도 분포를 분석하고, 필름의 두께 방향으로 약 10 //m 간격으로 9 등분한 후 평균 휘도를 계산하였다. 다음에 각도와 평균 휘도를 플롯팅 (PLOT) 한 후 필름 β각을 구하였다. 각 두께 별로 β각 분포를 플롯팅한 다음 평균 값을 구하였다.
(3) 시야각: CR=10 이상이 되는 측면 각도로서 EZ contrast 를 통해 측정하였다.
(4) 명암비 (CR: Contrast Ratio) ： 편광필름을 액정패널에 부착한 상태에서 화면의 백과 흑에 대한 휘도 비율로서, EZ contrast를 통해 측정하였다.
상기 표 1 에 나타낸 것과 같이， 실시예 1~8 의 광학필름은 비교예 1-11 에서 제조된 광학필름에 비해 시야각이 우수한 것을 알 수 있다. 또한 비교예 12 의 경우 실시예와 유사한 시야각을 확보할 수 있었으나， 실시예에 비해 CR 값이 좋지 않은 것을 알 수 있다. 실시예 4 에서 제조된 광학필름에 대해 에폭시 몰딩 후 필름두께 100 卿， 절편두께 40 이 되도록 GLASS KNIFE를 사용하여 microtome 하였다. 글라스에 상기 필름절편을 놓고 이를 직교 니콜 편광판 사이에 끼워 편광현미경으로 관찰하여 각도에 따라 배향을 확인하였다. 편광현미경 사진은 도 6 에 나타내었다. 현미경 측정결과， +18도와 —71도에서 최소휘도를 가졌으며， 이는 MD방향 베타각 약 20도에서 Axo scan 측정결과와 거의 일치함을확인할 수 있었다. - 또한 실시예 4 에서 제조된 광학필름에 대해 베타 프로파일을 분석하였다. 제조된 광학필름 단면을 신텍 (Sintech)사의 Opti-pro 측정기로 광학축을 분석하여 도 7 및 8 에 각각 나타내었다. 도 7 은 실시예 4 에서 제조된 광학필름에 대한 두께방향의 광축 director 이며， 도 8 은 실시예 4 에서 제조된 광학필름에 대한 두께 방향의 광축 (optical axis) 데이터이다. 도 7 및 8 의 Y direction 은 필름의 두께 방향을 나타내며, X direction은 필름의 MD(machine direction)이다. 도 7 에 나타난 바와 같이 X direction 방향으로 0 10 ^m, 20 Ά 위치에서 두께에 따른 광축을 분석한 결과， 필름 표면은 경사배향되지 않았으나， 내부는 경사배향된 것을 알 수 있다. 또한 도 8 에 나타난 바와 같이， Y direction 의 45 지점에서 최대 β각 (20 도)을 갖는 것을 확인할 수 있다.

Claims

【청구의 범위】
【청구항 1】
비액정 열가소성 수지 단일 필름이며，
상기 필름의 두께방향으로 표면에 위치하는 제 1 및 제 2 표면부; 및 상기 제 1 및 제 2 표면부 사이에 위치하는 필름 내부;로 이루어지고,
상기 제 1 및 제 2 표면부는 필름의 두께 방향으로 경사 배향되지 않으며， 상기 필름 내부는 필름의 두께 방향으로 경사 배향되어 있는 것을 특징으로 하는 광학필름.
【청구항 2】
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 표면부는 표면으로부터 두께가 1 내지 20 인 것을 특징으로 하는 광학필름.
【청구항 3]
제 1항에 있어서， 상기 제 1 및 제 2 표면부는 필름 전체 두께중 1 내지 30 % 인 것을 특징으로 하는 광학필름.
【청구항 4】
제 1항에 있어서， 상기 필름 내부는 직교 니콜 투과도가 최소가 되는 각도로 정의되는 필름 β각이 5~35 。인 광학필름.
【청구항 5】
제 1 항에 있어서， 상기 필름 내부 두께는 5 내지 100 인 것을 특징으로 하는 광학필름.
【청구항 6】
제 4 항에 있어서, 상기 필름 내부에서 최대 β각 (βΐ)과 최소 각 (β2)의 비 (β1/β2)가 1-7.0 인 광학필름.
【청구항 7】
제 1 항에 있어서， 상기 열가소성 수지는 사이클로 올레핀계 수지， 폴리 카보네이트계 수지， 폴리올레핀계 수지， 방향족 비닐계 수지， 폴리아미드계 수지, 폴리이미드계 수지, 폴리에스테르계 수지 및 아크릴계 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 수지를 하나 이상 포함하는 광학필름.
【청구항 8】
제 1 항에 있어서， 상기 광학필름은 550nm 에서 하기 식으로 정의되는 면내 위상 지연값 (Ro')이 20 내지 110 nm인 광학필름:
[식 1]
Ro' = (nx― ny')xd
(상기 식에서， nx, ny'는 각각 x 축 및 y'축 방향의 굴절율 (refractive index)이고， d는 필름의 두께이다).
【청구항 9】
제 1 항에 있어서， 상기 광학필름은 550nm에서 하기 식 2로 정의되는 두께 방향 위상 지연값 (Rth')이 80 내지 190 nm인 광학필름:
[식 2]
Rth' = [(nx+ ny')/2 - nz']xd
(상기에서， nx, ny', nz'는 각각 x 축， y'축 및 z'축 방향의 굴절율이고， d 는 필름의 두께이다).
【청구항 10】
제 1 항에 있어서， 상기 광학필름은 두께가 30 내지 110 인 것을 특징으로 하는 광학필름.
【청구항 111
편광필름; 및
상기 편광필름에 적층된 제 1항 내지 제 10항중 어느 한 항의 광학필름; 을 포함하는 액정 디스플레이.
【청구항 12]
제 11 항에 있어서， 상기 광학필름의 타면에 적층된 액정층을 더 포함하는 액정 디스플레이.
【청구항 13】
비액정 열가소성 수지를 용융압출하고; 그리고
상기 용융압출된 열가소성 수지를 제 1 성형를과 제 2 성형를 사이로 통과시켜 필름 형태로 제조하는; 단계를 포함하고，
상기 제 1 및 제 2성형를의 표면온도는 상기 열가소성 수지의 유리전이온도 (Tg) 이하이며，
상기 제 1 및 제 2 성형를의 주행에 따라 필름 표면과 내부에 상이한 전단력을 발생시켜 필름 내부에 경사각도를 부여하는 것을 특징으로 하는 광학필름 제조방법.
【청구항 14】
제 13항에 있어서， 상기 제 1 및 제 2성형롤의 표면온도 (Tr)는 하기 식 3을 만족하는 것을 특징으로 하는 광학필름 제조방법:
[식 3]
Te X 0.4 < Tr < Te x 0.5
ᅳ (Te는 용융압출 직후 열가소성 수지 온도， Tr은 탄성를의 표면온도).
【청구항 15】
제 13 항에 있어서， 상기 제 1 및 제 2 성형롤은 서로 탄성도가 다른 것을 특징으로 하는 광학필름 제조방법.
【청구항 16]
제 13 항에 있어서， 상기 제 1 및 제 2 성형를 사이로 통과된 열가소성 수지 필름을 연신하는 단계를 더 포함하는 광학필름 제조방법.
【청구항 17】
제 16 항에 있어서, 상기 연신은 주행 반대 방향 (TD)으로 주행 방향 대비 5-20% 연신하는 것을 특징으로 하는 광학필름 제조방법.
【청구항 18】
제 16 항에 있어서， 상기 연신은 상기 열가소성 수지의 유리전이온도 (Tg) 보다 낮은 온도에서 연신하는 것을 특징으로 하는 광학필름 제조방법.
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