KR102451591B1 - 편광판 및 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 출원은 편광판 및 액정표시장치에 관한 것이다. 본 출원의 편광판은 이색성 염료의 사용을 통해 시야각에서 휘도를 감소시킴으로써, 수평 전계 방식의 액정 표시 장치에 적용되어 시야각에서의 콘트라스트비를 향상시킬 수 있다.

Description

편광판 및 액정표시장치{Polarizing plates and liquid crystal display devices}

본 출원은 편광판 및 액정표시장치에 관한 것이다.

수평 전계 방식의 액정표시장치는 초기의 액정의 배향이 기판과 수평하고 전극에 대하여 일정한 각도를 가지게 배향되며, 구동을 위해 인가되는 전기장의 방향이 기판에 평행하게 형성되는 액정표시장치를 의미한다.

수평 전계 방식의 액정표시장치는 패널 특성에 따라 경사 방향에서 색감을 보이며, 그로 인해 암 상태(블랙 상태)에서 빛샘이 커보이고, 시감이 저하된다는 문제점이 있다.

시야각에서의 콘트라스트비를 개선하여 화질의 왜곡 없이 우수한 품질의 디스플레이를 구현하기 위해, 위상차 필름을 적용할 수 있다. 그러나, 액정표시장치의 적용 제품에 따라 더 높은 수준의 콘트라스트비가 요구될 수 있는데, 위상차 필름의 위상차 값과 광축의 조절을 통한 시야각에서의 콘트라스트비의 개선에는 한계가 있다.

대한민국 특허공개공보 제2010-0106838호

본 출원은 시야각에서 블랙 상태의 휘도 감소를 통해 시야각에서 우수한 콘트라스트비를 나타낼 수 있는 편광판 및 상기 편광판을 포함하는 액정표시장치를 제공한다.

본 출원은 편광판에 관한 것이다. 도 1은 본 출원의 편광판을 예시적으로 나타낸다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 편광판은 편광자(10) 상기 편광자의 일면에 배치된 염료층(20) 및 상기 편광자의 염료층 반대 측면에 배치된 위상차층(30)을 포함할 수 있다. 상기 염료층은 액정 화합물과 이색성 염료를 수직 배향된 상태로 포함할 수 있다. 본 출원의 편광판은 시야각 보상 효과를 가질 뿐만 아니라, 편광자의 상부에 상기와 같은 염료층을 적용함으로써, 측면에서, 편광자의 흡수축과 염료층의 흡수축이 교차(cross) 상태가 되어, 시야각에서 블랙 상태에서 휘도를 감소시킬 수 있으므로 시야각에서 우수한 콘트라스트비를 나타낼 수 있다.

본 출원에서 용어 편광자와 편광판은 서로 구별되는 대상을 지칭한다. 용어 편광자는 편광 기능을 가지는 필름, 시트 또는 소자 그 자체를 의미하고, 용어 편광판은, 상기 편광자 및 그 편광 소자의 일면 또는 양면에 적층되어 있는 다른 요소를 포함하는 대상을 의미한다. 상기에서 다른 요소로는 상기 액정층이나, 편광자의 보호필름, 위상차층, 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. 편광자로는 예를 들면, 공지된 흡수형 선 편광자를 사용할 수 있다. 이러한 편광자로는, PVA(poly(vinyl alcohol)) 편광자가 예시될 수 있다.

하나의 예시에서 편광판에 포함되는 편광자는, 이색성 색소 또는 요오드가 흡착 및 배향되어 있는 PVA 필름 또는 시트일 수 있다. 상기 PVA는, 예를 들면, 폴리비닐아세테이트를 겔화하여 얻을 수 있다. 폴리비닐아세테이트로는, 비닐 아세테이트의 단독 중합체; 및 비닐 아세테이트 및 다른 단량체의 공중합체 등이 예시될 수 있다. 상기에서 비닐 아세테이트와 공중합되는 다른 단량체로는, 불포화 카복실산 화합물, 올레핀 화합물, 비닐에테르 화합물, 불포화 술폰산 화합물 및 암모늄기를 가지는 아크릴아미드 화합물 등의 일종 또는 이종 이상이 예시될 수 있다. 폴리비닐아세테이트의 겔화도는, 일반적으로 약 85몰% 내지 약 100몰% 또는 98몰% 내지 100몰% 정도이다. 선편광자의 폴리비닐알코올의 중합도는, 일반적으로 약 1,000 내지 약 10,000 또는 약 1,500 내지 약 5,000일 수 있다.

상기 편광자의 투과율 내지 편광도는 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 조절될 수 있다. 예를 들어 상기 편광자의 550nm 파장에 대한 투과율은 단체 투과율은 40% 내지 55% 범위 내일 수 있고, 편광도는 65% 내지 99.9997% 범위 내일 수 있다.

상기 염료층은 액정 화합물과 이색성 염료를 수직 배향된 상태로 포함할 수 있다. 본 출원에서 수직 배향 상태는 액정 화합물의 방향자가 염료층 또는 액정층의 평면에 대하여 수직하게 배열된 상태, 예를 들어, 약 85도 내지 95도, 바람직하게 약 90도를 이루는 배열 상태를 의미할 수 있다. 본 출원에서 수평 배향 상태는 액정 화합물의 방향자가 염료층 또는 액정층의 평면에 대하여 평행으로 배열된 상태, 예를 들어, -5도 내지 5도, 바람직하게 약 0도를 이루는 배열 상태를 의미할 수 있다.

본 출원에서 액정 화합물의 방향자는 액정 화합물이 막대(rod) 모양인 경우 장축을 의미할 수 있고, 액정 화합물이 원판(discotic) 모양인 경우 원판 평면의 법선 방향의 축을 의미할 수 있다.

상기 이색성 염료는 액정 화합물의 배향에 따라 정렬될 수 있다. 따라서, 액정 화합물이 수직 배향된 상태로 포함되는 경우 이색성 염료도 수직 배향된 상태로 포함될 수 있다. 이색성 염료가 수직 배향된 상태로 포함되는 경우, 시야각에서 이방성 흡수 특성으로 인해 시야각에서 콘트라스트비를 개선할 수 있다.

상기 액정 화합물은 중합성 또는 경화성 액정 화합물일 수 있다. 본 출원에서 중합성 또는 경화성 액정 화합물은, 액정성을 나타낼 수 있는 부위, 예를 들면 메조겐(mesogen) 골격 등을 포함하고, 중합성 또는 경화성 관능기를 하나 이상 포함하는 분자를 의미할 수 있다. 중합성 또는 경화성 관능기로는 특별히 제한되지 않으나 예를 들어, 알케닐기, 에폭시기, 시아노기, 카복실기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기 등이 예시될 수 있다.

상기 염료층은 상기 액정 화합물을 경화된 상태 또는 중합된 상태로 포함할 수 있다. 또한 중합성 액정 물질을 경화된 상태 또는 중합된 상태로 포함한다는 것은 상기 액정 화합물이 중합되어 염료층 내에서 액정 고분자의 주쇄 또는 측쇄와 같은 골격을 형성하고 있는 상태를 의미할 수 있다. 상기 염료층은 액정 화합물을 수직 배향이 고정된 상태로 포함할 수 있다. 따라서, 상기 염료층은 전계와 같은 외부 에너지의 인가 의해 액정 화합물의 수직 배향 상태는 스위칭되지 않는다.

본 출원에서「염료」는 가시광 영역, 예를 들면, 380nm 내지 780nm, 380nm 내지 750nm, 400nm 내지 750nm, 380nm 내지 700nm 또는 400nm 내지 700nm 파장 범위 내에서 적어도 일부 또는 전체 범위 내의 광을 집중적으로 흡수 및/또는 변형시킬 수 있는 물질을 의미할 수 있으며, 「이색성 염료」는 가시광 영역의 적어도 일부 또는 전체 범위에서 광의 이방성 흡수가 가능한 물질을 의미할 수 있다.

상기 염료층은 액정 화합물의 배열에 따라 이색성 염료가 함께 배열되어, 이색성 염료의 정렬 방향과 상기 정렬 방향의 수직한 방향에 대하여 각각 비등방성 광 흡수 특성을 나타낼 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 이색성 염료는 막대 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 이색성 염료는 빛의 흡수율이 편광 방향에 따라서 달라지는 물질로서, 장축 방향으로 편광된 빛의 흡수율이 크면 p형 염료로 호칭하고 단축 방향으로 편광된 빛의 흡수율이 크면 n형 염료라고 호칭할 수 있다. 하나의 예시에서, p형 염료가 사용되는 경우, 염료의 장축 방향으로 진동하는 편광은 흡수되고 염료의 단축 방향으로 진동하는 편광은 흡수가 적어 투과시킬 수 있다. 이하 특별한 언급이 없는 한 이색성 염료는 p형 염료인 것으로 가정한다.

이색성 염료로는, 예를 들어, 액정 화합물의 배향에 따라 배열될 수 있는 특성을 가지는 것으로 알려진 공지의 염료를 선택하여 사용할 수 있다. 이러한 이색성 염료로는, 예를 들어, 아조계 염료, 안트라 퀴논계 염료, 메틴계 염료, 아조메틴계 염료, 옥사딘계 염료, 아조계 염료, 스티릴계 염료, 쿠마린계 염료, 포르피린계 염료, 디벤조푸라논계 염료, 티케토필로로필로르계 염료, 로다민계 염료, 키산텐계 염료 및 필로메텐계 염료로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 염료를 사용할 수 있다. 이색성 염료는 염료층이 원하는 투과율을 나타내는 범위 내에서, 1종의 염료를 사용하거나 또는 2종 이상의 염료의 혼합물을 사용할 수도 있다.

본 출원 편광판은, 이색성 염료의 이색비(dichroic ratio)에 따라 시야각에서 콘트라스트비 특성을 조절할 수 있다. 이색성 염료의 이색비는 본 출원의 목적을 달성시킬 수 있는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있다. 본 출원에서 용어「이색비」는, 예를 들어, p형 염료인 경우, 염료의 장축 방향에 평행한 편광의 흡수를 상기 장축 방향에 수직하는 방향에 평행한 편광의 흡수로 나눈 값을 의미할 수 있다.

본 명세서에서 이색성 염료의 이색비는, 이색성 염료와 액정 화합물을 포함하는 염료층에 대한 투과율을 측정함으로써 얻을 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 이색성 염료와 액정 화합물을 수평 배향된 상태로 포함하는 염료층에 대하여, 상기 염료층의 법선 방향으로 입사하는 광 중, 상기 수평 배향의 방향과 평행한 편광에 대하여 측정된 투과율(Te)과 상기 수평 배향의 방향과 면내 수직한 방향과 평행한 편광에 대한 투과율(To)을 측정한 후에, log10(Te)/log10(To)의 비로 이색비를 결정될 수 있다. 특정 파장에 대한 이색비는 상기 Te 및 To에 특정 파장에 대한 값을 대입하면 되고, 특정 파장 범위에 대한 이색비는 상기 Te 및 To에 특정 파장 범의 평균 값을 대입함으로써 얻을 수 있다.

상기 이색성 염료는, 예를 들어, 5 이상의 이색비를 가질 수 있다. 이색성 염료는, 예를 들어, 가시광 영역의 파장 범위 내, 예를 들면, 약 380nm 내지 780nm, 약 400nm 내지 750nm 또는 약 400nm 내지 700nm의 파장 범위 내에서 적어도 일부의 파장 또는 어느 한 파장에서 상기 이색비를 만족할 수 있다. 상기 이색비의 상한은, 예를 들면 25 이하일 수 있다. 이색성 염료의 이색비가 증가할수록 시야각에서의 휘도 차이가 증가하는 경향이 있으므로, 최종 제품의 요구에 따라, 상기 범위 내에서 이색비를 적절히 조절할 수 있다.

상기 이색성 염료는 액정 화합물 100 중량부 대비 0.1 중량부 내지 1 중량부로 염료층 내에 포함될 수 있다. 이색성 염료의 함량이 상기 범위 내인 경우, 시야각에서 블랙 상태의 휘도 감소에 의해 콘트라스트비를 향상시키는 데 더욱 유리할 수 있다.

본 출원의 편광판에 있어서, 상기 이색성 염료는 가시광선 전 범위 내에서 흡수 밴드를 가질 수 있다. 본 명세서에서 가시광선 전 범위는, 400nm 내지 700nm 파장 전 범위, 400nm 내지 750nm 파장 전 범위 또는 380nm 내지 780nm 파장 전 범위를 의미할 수 있다. 상기와 같은 흡수 밴드를 갖는 염료를 중성 염료(neutral day)라고 호칭할 수 있고, 색상은 흑색을 나타낼 수 있다. 본 출원에서는, 이러한 이러한 흡수 밴드를 갖는 이색성 염료를 포함하는 염료층을 편광자의 상부에 적용함으로써, 시야각에서 블랙 상태의 휘도 감소를 통해 콘트라스트비를 향상시킬 수 있다.

본 출원에서 이색성 염료의 흡수 밴드는, 상기 이색성 염료를 수평 배향된 상태로 포함하는 염료층에 대하여, 가시광선 전 범위의 파장에 대한 흡광도 내지 투과도를 측정하였을 때, 흡광도가 가장 높게 나타나는 지점 또는 투과도가 가장 낮게 나타나는 지점의 파장을 포함하는 파장 대역을 의미할 수 있다. 본 출원에서 이색성 염료의 흡수 밴드는, 해당 파장 전 범위 내에서 투과율이 약 20% 이하, 15% 이하, 10% 이하, 7% 이하, 5% 이하, 3% 이하 또는 1% 이하인 파장 영역을 의미할 수 있다. 또한, 상기 흡수 밴드 이외의 파장 영역은, 상기 흡수 밴드의 투과율에 비해 높은 투과율을 나타낼 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 이색성 염료는, 가시광선 전 범위에서 투과율이 20% 이하, 15% 이하, 10% 이하, 7% 이하, 5% 이하, 3% 이하 또는 1% 이하일 수 있다. 상기 투과율은 이색성 염료를 일 방향으로 수평 배향된 상태로 포함하는 염료층에 대하여 측정한 투과율일 수 있다. 상기 염료층은 이색성 염료를 수평 배향시키기 위해, 액정 화합물을 수평 배향된 상태로 더 포함할 수 있다. 상기 투과율은 상기 염료층에 입사되는 광의 세기에 대한 염료층을 투과한 광의 세기의 백분율이다. 상기 투과율은 상기 염료층에 대하여, 법선 방향으로 입사하는 광을 기준으로, 최대 흡광도 또는 최소 투과도를 나타내는 축과 평행한 편광에 대한 투과율을 의미할 수 있다. 상기 염료층이 최대 흡광도 또는 최소 투과도를 나타내는 축은, 상기 수평 배향의 방향과 평행할 수 있다.

상기 염료층은 상기 이색성 염료를 수직 배향된 상태로 포함하므로, 편광판에 포함되는 염료층 자체는 높은 투과율을 나타낼 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 염료층은 염료층의 법선 방향으로 입사하는 광에 대한 가시광선 전 범위 내에서 90% 이상일 수 있다.

상기 가시광선 전 범위에서 흡수 밴드를 갖는 이색성 염료를 얻는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 서로 다른 색을 나타내는 염료의 혼합물이거나 또는 한염료 분자 내에 서로 다른 발색 단을 갖는 염료일 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 이색성 염료는 서로 다른 흡수 대역을 갖는 2종 이상의 이색성 염료의 혼합물일 수 있다. 구체적인 예로, 상기 이색성 염료는 적색 파장의 흡수 대역을 갖는 이색성 염료, 녹색 파장의 흡수 대역을 갖는 이색성 염료 및 청색 파장의 흡수 대역을 갖는 이색성 염료의 혼합물일 수 있다. 본 출원에서 적색 파장 영역은 약 620nm 내지 780nm를 의미할 수 있고, 녹색 파장 영역은 약 500nm 내지 610nm를 의미할 수 있고, 청색 파장 영역은 약 380nm 내지 495nm를 의미할 수 있다. 적색 파장의 흡수 대역을 갖는 이색성 염료, 녹색 파장의 흡수 대역을 갖는 이색성 염료 및 청색 파장의 흡수 대역을 갖는 이색성 염료는 각각 상기 파장 범위 내에서 최대 흡광도를 나타내면서 반치폭이 약 50nm 내지 200nm 또는 약 50nm 내지 100nm 범위 내일 수 있다. 이색성 염료를 상기와 같은 혼합물로 하는 경우, 뉴트럴 블랙 색감을 얻는데 더욱 유리할 수 있다.

상기 염료층의 두께는 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 조절될 수 있다. 상기 염료층의 두께는, 예를 들어, 1㎛ 이상일 수 있다. 염료층의 두께가 상기 범위 내인 경우 수직 배향된 이색성 염료를 충분히 포함할 수 있으므로, 시야각에서 우수한 콘트라스트비를 나타내는데 더욱 유리할 수 있다. 또한, 염료층의 두께가 지나치게 두꺼운 경우 액정의 수직 배향이 무너질 수 있으므로, 안정적인 수직 배향을 구현하고 비용도 절감한다는 측면에서, 두께의 상한은 예를 들어, 1.8㎛ 이하, 1.5㎛ 이하 또는 1.3㎛ 이하일 수 있다.

본 출원에서 면내 위상차 값은 하기 수식 1로 정의될 수 있고, 두께 방향 위상차 값은 하기 수식 2로 정의될 수 있다.

[수식 1]

Rin = (nx-ny) × d

[수식 2]

Rth = (nz-ny) × d

수식 1에서, Rin은 면내 위상차 값을 의미하고, 수식 2에서, Rth는 두께 방향 위상차 값을 의미하고, nx, ny 및 nz는 각각 550nm 파장에 대한 염료층, 액정층, A 플레이트, B 플레이트, C 플레이트와 같은 위상차층의 x축, y축 및 z축의 굴절률이고, d는 염료층, 액정층, A 플레이트, B 플레이트, C 플레이트와 같은 위상차층의 두께이다.

본 출원에서 염료층, 액정층, A 플레이트, B 플레이트, C 플레이트와 같은 위상차층의 x축, y축 및 z축을 기재하면서 특별한 언급이 없는 한, 상기 x축은 염료층, 액정층, A 플레이트, B 플레이트, C 플레이트와 같은 위상차층의 면내 지상축과 평행한 방향 의미하고, y 축은 염료층, 액정층, A 플레이트, B 플레이트, C 플레이트와 같은 위상차층의 면내 진상축과 평행한 방향을 의미하며, z축은 염료층, 액정층, A 플레이트, B 플레이트, C 플레이트와 같은 위상차층의 두께 방향을 의미한다. 상기 x축과 y축은 면내에서 서로 직교를 이룰 수 있다. 본 출원에서 염료층, 액정층 내지 위상차층이 막대 형상의 액정 분자를 포함하는 경우 지상축은 상기 막대 형상의 장축 방향을 의미할 수 있고 디스크 형상의 액정 분자를 포함하는 경우 지상축은 상기 디스크 형상의 법선 방향을 의미할 수 있다. 본 출원에서 염료층, 액정층, A 플레이트, B 플레이트, C 플레이트와 같은 위상차층의 광축을 기재하면서 특별히 달리 규정하지 않는 한, 지상축을 의미한다. 본 출원에서 염료층, 액정층, A 플레이트, B 플레이트, C 플레이트와 같은 위상차층의 굴절률을 기재하면서 특별히 달리 규정하지 않는 한, 약 550nm 파장의 광에 대한 굴절률을 의미한다.

상기 염료층은 예를 들어 기재층의 일면에 액정 화합물 및 이색성 염료를 포함하는 조성물을 도포한 후 경화 또는 중합하는 것에 의해 형성할 수 있다.

기재층 상에 상기 조성물의 코팅 방법은, 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 롤 코팅, 인쇄법, 잉크젯 코팅, 슬릿 노즐법, 바 코팅, 콤마 코팅, 스핀 코팅 또는 그라비어 코팅 등과 같은 공지의 코팅 방식을 통한 코팅에 의해 수행될 수 있다.

상기 조성물의 중합 방법은, 특별히 제한되지 않고, 공지의 액정 화합물 중합 방법에 의하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 중합 반응이 개시될 수 있도록 적정 온도를 유지하는 방식이나 적절한 활성 에너지선을 조사하는 방식에 의하여 수행될 수 있다. 적정 온도에서의 유지 및 활성 에너지선의 조사가 동시에 요구되는 경우, 상기 공정은 순차적 또는 동시에 진행될 수 있다. 상기에서 활성 에너지선의 조사는, 예를 들면, 고압수은 램프, 무전극 램프 또는 크세논 램프(xenon lamp) 등을 사용하여 수행할 수 있으며, 조사되는 활성 에너지선의 파장, 광도 또는 광량 등의 조건은 상기 중합성 액정 화합물의 중합이 적절히 이루어질 수 있는 범위에서 선택될 수 있다.

기재층으로는, 특별한 제한 없이 공지의 소재를 사용할 수 있다. 예를 들면, 유리 필름, 결정성 또는 비결정성 실리콘 필름, 석영 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 필름 등의 무기계 필름이나 플라스틱 필름 등을 사용할 수 있다. 기재층으로는, 또한, 광학적으로 등방성인 기재층 또는 위상차층과 같이 광학적으로 이방성인 기재층을 사용할 수 있다. 플라스틱 필름으로는, TAC(triacetyl cellulose); 노르보르넨 유도체 등의 COP(cyclo olefin copolymer); PMMA(poly(methyl methacrylate); PC(polycarbonate); PE(polyethylene); PP(polypropylene); PVA(polyvinyl alcohol); DAC(diacetyl cellulose); Pac(Polyacrylate); PES(poly ether sulfone); PEEK(polyetheretherketon); PPS(polyphenylsulfone), PEI(polyetherimide); PEN(polyethylenemaphthatlate); PET(polyethyleneterephtalate); PI(polyimide); PSF(polysulfone); PAR(polyarylate) 또는 비정질 불소 수지 등을 포함하는 기재층을 사용할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 기재층에는, 필요에 따라서 금, 은, 이산화 규소 또는 일산화 규소 등의 규소 화합물의 코팅층이나, 반사 방지층 등의 코팅층이 존재할 수도 있다.

상기 기재층 상에는 액정 화합물을 수직 배향시키기 위한 수직 배향막이 형성되어 있을 수 있다. 배향막으로는, 예를 들어, 러빙 배향막과 같이 접촉식 배향막이거나 또는 광배향막 화합물을 포함하여, 예를 들면, 직선 편광의 조사 등과 같은 비접촉식 방식에 의해 배향 특성을 나타낼 수 있는 것으로 공지된 배향막을 사용할 수 있다.

상기 편광판은 위상차층을 더 포함할 수 있다. 상기 위상차층은 상기 편광자의 염료층 반대 측면에 배치될 수 있다. 상기 위상차층은 단일 위상차 필름이거나 또는 2장 이상의 위상차 필름의 적층체일 수도 있다. 도 2는 2장의 위상차 필름의 적층체를 포함하는 편광판의 구조를 예시적으로 나타낸다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 편광자(10)의 일면에 염료층(20)이 배치될 수 있고, 편광자(10)의 염료층(20) 반대 측면에 제 1 위상차 필름(301)과 제 2 위상차 필름(302)이 배치될 수 있다.

본 출원의 편광판에 따르면, 상기 위상차층은 이색성 염료를 포함하지 않는다. 후술하는 바와 같이, 상기 편광판은 액정표시장치에 적용될 때, 염료층에 비해 위상차층이 액정 패널에 더 가깝게 배치될 수 있다. 만약, 편광자와 액정패널 사이에 배치되는 상기 위상차층이 이색성 염료를 포함하는 경우 시야각에서의 콘트라스트비가 오히려 감소하는 문제가 있다.

상기 위상차 필름은 하기 일반식 1 내지 7 중 어느 하나의 굴절률 관계를 만족할 수 있다. 위상차층이 2장 이상의 위상차 필름의 적층체인 경우 각각의 위상차 필름이 독립적으로 하기 일반식 1 내지 7 중 어느 하나의 굴절률 관계를 만족할 수 있다.

[일반식 1]

nx>ny=nz (+A 플레이트)

[일반식 2]

nx=nz>ny (-A 플레이트)

[일반식 3]

nz>nx=ny (+C 플레이트)

[일반식 4]

nx=ny>nz (-C 플레이트)

[일반식 5]

nz>nx>ny (+B 플레이트)

[일반식 6]

nx>ny>nz (-B 플레이트)

[일반식 7]

nx>nz>ny (Z축 배향 필름)

일반식 1 내지 7에서, nx, ny 및 nz는 각각 위상차 필름의 x축, y축 및 z축 방향의 굴절률을 의미한다. 본 출원에서 x축 방향은 지상축 방향을, y축 방향은 진상축 방향을, z축 방향은 두께 방향을 의미할 수 있다. 본 출원에서 특별한 언급이 없는 한 상기 굴절률은 약 550nm 파장의 광에 대한 굴절률을 의미할 수 있다.

상기 위상차 필름은 하기 일반식 8 내지 10 중 어느 하나의 파장 분산성을 만족하도록 형성될 수 있다. 위상차층이 2장 이상의 위상차 필름의 적층체인 경우, 각각의 필름이 독립적으로 하기 일반식 8 내지 10 중 어느 하나의 파장 분산성을 만족하도록 형성될 수 있다. 하기 일반식 8은 역분산 특성으로 호칭할 수 있고, 일반식 9는 정분산 특성으로 호칭할 수 있고, 일반식 10은 플랫분산 특성으로 호칭할 수 있다.

[일반식 8]

R(450)/R(550) < R(650)/R(450)

[일반식 9]

R(450)/R(550) > R(650)/R(450)

[일반식 10]

R(450)/R(550)= R(650)/R(450)

일반식 8 내지 10에서, R(λ)은 위상차 필름의 λnm 파장의 광에 대한 위상차 값을 의미할 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 위상차층은 적어도 +C 플레이트를 포함할 수 있다. 상기 +C 플레이트의 550nm 파장에 대한 두께 방향 위상차는, 예를 들어, 120nm 내지 150nm일 수 있다. 이러한 두께 방향 위상차 범위 내에서, 액정 표시 장치에 적용되어 시야각 특성을 개선하는데 더욱 유리할 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 위상차층은 면내 위상차 값이 0nm 초과, 예를 들어, 100nm 내지 140nm인 위상차 필름을 더 포함할 수 있다. 이때, +C 플레이트에 비해, 상기 면내 위상차 값이 0nm 초과인 위상차 필름이 편광자에 더 가깝게 배치되거나 또는 또는 더 멀리 배치될 수도 있다. 예를 들어, 상기 위상차층은 면내 위상차 값이 0nm 초과인 위상차 필름으로서, +A 플레이트 또는 -B 플레이트를 더 포함할 수 있다. 따라서, 상기 위상차층은 +C 플레이트와 +A 플레이트의 적층체이거나 또는 +C 플레이트와 -B 플레이트의 적층체일 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 편광판은 편광자, -B 플레이트 및 +C 플레이트를 순차로 포함할 수 있다. 다른 하나의 예시에서, 상기 편광판은 편광자, +C 플레이트 및 +A 플레이트를 순차로 포함할 수 있다. 상기 +A 플레이트의 550nm 파장에 대한 면내 위상차는 100nm 내지 140nm 범위 내일 수 있다. +A 플레이트의 지상축과 상기 편광자의 광 흡수축이 이루는 각도는 -5도 내지 5도, -3도 내지 3도 또는 -1도 내지 1도 범위 내일 수 있다. 상기 -B 플레이트의 550nm 파장에 대한 면내 위상차는 100nm 내지 140nm 범위 내일 수 있고, 550nm 파장에 대한 두께 방향 위상차는, 예를 들어, -20nm 내지 -50m 범위 내일 수 있다. 상기 -B 플레이트의 지상축과 상기 편광자의 광 흡수축이 이루는 각도는 85도 내지 95도, 87도 내지 93도, 89도 내지 91도 내지 89.5도 내지 90.5도 범위 내일 수 있다. 이러한 위상차 필름을 더 포함하는 경우, 액정 표시 장치에 적용되어 시야각 특성을 개선하는데 더욱 유리할 수 있다.

상기 위상차 필름은 액정 필름이거나 또는 고분자 필름일 수 있다.

액정 필름인 경우, 상기 액정층에 대해 기술한 것과 유사하게, 중합성 또는 경화성 액정 화합물을 중합된 상태 또는 경화된 상태로 포함시킴으로써 제조할 수 있다. 하나의 예시에서, +C 플레이트는 액정 화합물을 수직 배향된 상태로 포함하는 액정필름일 수 있다. 하나의 예시에서, +A 플레이트는 액정 화합물을 수평 배향된 상태로 포함하는 액정필름일 수 있다. 전술한 바와 같이, 상기 위상차 필름은 이색성 염료를 포함하지 않는다.

고분자 필름이 경우, 예를 들면, 폴리에틸렌 필름 또는 폴리프로필렌 필름 등의 폴리올레핀 필름, 폴리노르보넨 필름 등의 고리형 올레핀 폴리머(COP: Cycloolefin polymer) 필름, 폴리염화비닐 필름, 폴리아크릴로니트릴 필름, 폴리설폰 필름, 폴리아크릴레이트 필름, 폴리비닐알코올 필름 또는 TAC(Triacetyl cellulose) 필름 등의 셀룰로오스 에스테르계 폴리머 필름이나 상기 폴리머를 형성하는 단량체 중에서 2종 이상의 단량체의 공중합체 필름 등이 예시될 수 있다.

상기 편광판의 염료층, 편광자 및 위상차층은 서로 점착제 또는 접착제에 의해 부착될 수 있다. 염료층과 편광자 및 편광자와 위상차층은 각각 접착제층 또는 점착제층을 통하여 직접 부착되어 있을 수도 있고, 필요에 따라서는, 프라이머층을 추가로 포함하여 부착되어 있을 수도 있다. 상기 위상차층의 편광자 반대 측면에는 점착제 또는 접착제 층이 더 형성되어 있을 수 있다. 이를 통해 편광판을 후술하는 액정패널에 부착할 수 있다. 상기 점착제 또는 접착제로는, 아크릴계, 실리콘계, 고무계, 우레탄 등의 공지의 점착제 또는 접착제를 사용할 수 있다

상기 염료층 및/또는 위상차층과 편광자를 부착하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 하나의 예시에서, 접착제 또는 점착제 조성물을 편광자 또는 염료층의 일면에 코팅하고, 편광자와 염료층을 합지한 후에 상기 조성물을 경화시키거나, 또는 접착제 또는 점착제 조성물을 액적(dropping) 방식에 의하여 편광자와 염료층을 합지하고 조성물을 경화시키는 방식 등을 사용할 수 있다. 상기에서 조성물의 경화는, 예를 들면, 조성물에 포함되어 있는 성분을 고려하여 적절한 강도의 활성 에너지선을 적절한 광량으로 조사하여 수행할 수 있다. 다른 하나의 예시에서, 전사 방식에 의해, 염료층을 편광자에 부착시킬 수 있다. 본 출원에서 염료층의 전사는 캐리어 기재 상에 형성된 염료층을 접착제 또는 점착제를 통해서 피전사체인 편광자에 접합한 후 상기 캐리어 기재를 박리하여 제거하는 공정을 의미할 수 있다. 위상차층과 편광자의 부착도, 상기 염료층과 편광자를 부착하는 방법과 동일하게 수행할 수 있다.

본 출원은 또한 상기 편광판의 용도에 관한 것이다. 본 출원은 예를 들어, 상기 편광판을 포함하는 액정 표시 장치에 관한 것이다. 도 3은 본 출원의 액정표시장치를 예시적으로 나타낸다. 본 출원의 예시적인 액정표시장치는 상부 편광판(100), 액정패널(200) 및 하부 편광판(300)을 순차로 포함하고, 상기 상부 편광판은 본 출원의 상기 편광판일 수 있다. 이때, 상기 위상차층(30)이 염료층(20)에 비해 액정패널(200)에 더 가깝게 배치될 수 있다.

상기 액정 패널은 수평 전계 방식의 액정 패널일 수 있다. 본 출원에서 수평 전계 방식의 액정 패널은 전압 미인가 상태 또는 초기 상태에서 액정 화합물이 수평 배향된 상태로 존재하고, 전압을 인가하면 수평 전계에 따라 그 배향을 전환할 수 있는 방식의 액정 패널을 의미할 수 있다. 이러한 수평 전계 방식의 액정 패널의 예로는, IPS(In-plane switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 모드 또는 PLS (Plane to Line Switching) 모드의 액정 패널일 수 있다.

상기 액정 패널은 상부 기판, 액정층 및 하부 기판을 포함할 수 있다. 상기 상부 및 하부 기판은 각각 유리 기판 또는 플라스틱 기판일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면 상기 액정 패널은 IPS 모드 (면상 스위칭 모드) 액정 패널일 수 있다.

상기 액정층은 유전율 이방성이 양수 또는 음수인 액정을 포함할 수 있다. 상기 액정층의 유전율 이방성은 목적하는 액정 패널의 모드에 따라 적절히 선택될 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 액정층은 유전율 이방성이 양수인 액정 패널을 포함할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 액정층의 면상 위상차 값은 270nm 내지 330nm이고, 두께 방향 위상차 값은 0nm 내지 -40nm일 수 있다.

상기 상부 편광판은 시인 측 편광판으로 호칭할 수 있고, 상기 하부 편광판은 배면측 편광판으로 호칭할 수 있다. 상기 하부 편광판은 편광자를 포함할 수 있다. 하부 편광판에 포함되는 편광자에 대해서는, 상기 본 출원의 편광판의 항목에서 기술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다. 하부 편광자의 일면에도 필요에 따라, 보호필름, 위상차 필름이 더 포함될 수 있다.

상부 편광판의 흡수축과 하부 편광판의 흡수축은 80도 내지 100도 범위 내일 수 있다. 상기 액정 표시 장치는 백라이트를 더 포함할 수 있다. 상기 백라이트는 하부 편광판의 하부에 배치될 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 액정층의 액정의 초기 배향 방향은 하부 편광자의 흡수축과 서로 평행하거나 또는 서로 직교할 수 있다. 상기 각도가 평행인 경우에 O 모드 액정 패널로 정의할 수 있고, 직교하는 경우 E 모드 액정 패널로 정의할 수 있다.

상기 액정 패널의 상부 및 하부 기판은 액정층 측으로 배향막을 더 포함할 수 있다. 상기 액정의 배향 방향은 상기 배향막에 의해 정해질 수 있다. 상기 배향막은 수평 배향막일 수 있다. 상기 배향막으로는 러빙 배향막 또는 광 배향막을 사용할 수 있다.

상기 액정표시장치는 시인 측에 본 출원의 편광판을 적용함으로써, 시야각에서 블랙 상태의 휘도 감소를 통해 시야각에서 우수한 콘트라스트비를 나타낼 수 있다. 상기와 같은 액정표시장치를 구성하는 방식은 특별히 제한되지 않고, 상기 편광판이 사용되는 한 통상적인 방식이 적용될 수 있다.

본 출원은 시야각에서 블랙 상태의 휘도 감소를 통해 시야각에서 우수한 콘트라스트비를 나타낼 수 있는 편광판 및 상기 편광판을 포함하는 액정표시장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 출원의 편광판을 예시적으로 나타낸다.
도 2는 본 출원의 편광판을 예시적으로 나타낸다.
도 3은 본 출원의 액정표시장치를 예시적으로 나타낸다.
도 4는 비교예 1 및 실시예 1 내지 5의 시야각 콘트라스트비 평가 결과이다.

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 내지 5

시야각 콘트라스트비 평가를 위해, 염료층, 편광자 및 위상차층을 순차로 포함하는 편광판을 준비하였다.

상기 염료층은 복굴절 값이 0.12인 봉상 액정 화합물과 이색성 염료를 수직 배향된 상태로 포함하고, 두께가 1.1㎛이다. 상기 이색성 염료는 400nm 내지 700nm 파장 전 범위에서 흡수 밴드를 갖는 중성 염료(흑색 염료)이다. 구체적으로, 상기 이색성 염료는 400nm 내지 700nm 파장 전 범위에서 투과율이 1% 이하이다. 상기 투과율은 상기 봉상 액정 화합물과 이색성 염료를 수평 배향시킨 상태로 포함하는 염료층에 대하여, 상기 염료층의 법선 방향으로 입사하는 광 중, 상기 수평 배향의 방향과 평행한 편광에 대하여 측정된 투과율(Te)을 의미한다. 후술하는 To는 상기 수평 배향의 방향과 면내 수직한 방향과 평행한 편광에 대한 투과율을 의미한다. 상기 투과율은 염료층에 입사되는 광의 세기에 대한 염료층을 투과한 광의 세기의 백분율이다. 하기 표 1과 같이 상기 이색성 염료의 이색비에 따라 실시예 1 내지 5를 준비한다. 하기 표 1의 이색비는 400nm 내지 700nm 파장에 대한 이색비이다. 상기 이색성 염료의 이색비는 log10(Te)/log10(To)의 비로 결정될 수 있으며, 400nm 내지 700nm 파장에 대한 이색비는, 상기 수식의 To 및 Te에 400nm 내지 700nm 파장에 대한 평균 To 및 평균 Te 값을 대입함으로써 얻을 수 있다. 상기 편광자는 380nm 내지 780nm 파장의 광에 대한 편광도가 99.99% 이상이고, 단체 투과율이 42.5%인 PVA계 편광자이다.

상기 위상차층은 -B 플레이트와 +C 플레이트를 포함하며, -B 플레이트가 +C 플레이트보다 편광자에 가깝게 배치된다. 상기 -B 플레이트는 Rin(550) 값이 120nm이고, Rth(550) 값이 -40nm인 COP계 필름이다. 상기 +C 플레이트는 Rin(550) 값이 0nm, Rth(550) 값이 130nm인 액정 필름이다.

비교예 1

염료층 대신에, 복굴절 값이 0.12인 봉상 액정 화합물을 수직 배향된 상태로 포함하고, 두께가 1.1㎛인 액정층(이색성 염료를 포함하지 않음)을 적용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 편광판을 준비하였다.

평가예 1. 이색성 염료의 이색비에 따른 시야각 콘트라스트비 평가

Techwiz LCD 1D를 이용하여, 면상 스위칭 모드 액정 표시 장치에 대하여, 경사각의 모든 방위각에 대하여, 특히 경사각 40°를 기준으로 방위각 175° 및 경사각 45°를 기준으로 방위각 210°에서 콘트라스트 비를 시뮬레이션하였다. 방위각 0도는 편광자의 흡수축을 기준으로 한다. 면상 스위칭 모드 액정 표시 장치는 상부 편광판과 하부 편광판의 사이에 액정 패널이 배치된 구조이며, 하부 편광판이 상부 편광판에 비해 백라이트에 가깝게 배치된다.

상기 상부 편광판으로는 실시예 1 내지 5 또는 비교예 1의 편광판을 사용하며, 실시예의 염료층 또는 비교예의 액정층이 외곽층에 배치된다. 상기 액정 패널은 셀 간격 2.9㎛, 프리틸트 각 0°, 유전율 이방성Δε> 0, 550nm파장에서 액정 복굴절 Δn=0.1. Rin(550): 290nm Rth(550): 0nm 인 O 모드의 IPS 액정 패널이다. 상기 하부 편광판은 380nm 내지 780nm 파장의 광에 대한 편광도가 99.99% 이상이고, 단체 투과율이 42.5%인 PVA계 편광자이다.

하기 표 1 및 도 4는 비교예 1 및 실시예 1 내지 5의 시야각 콘트라스트비 평가 결과이다. 콘트라스트 비는, 상기 액정표시장치의 off 상태의 밝기에 대한, on 상태의 밝기의 비율이다. 하기 표 1에서, Lw(0°)는 액정표시장치의 정면에서 측정된 밝기이며, Lw(40°)는 액정표시장치의 40° 경사각에서 측정된 밝기이다. Lw(40°)/Lw(0°)는 Lw(0°)에 대한 Lw(40°)의 비율이다. 하기 표 1에서 상(θ=40°, ф=175°) 값과, 하(θ=45°, ф=210°) 값은 차량의 네비게이션을 바라보는 운전자가 잘 보는 위치에서의 콘트라스트 값을 의미한다. 상기 값이 증가할수록 더 좋은 시인성을 의미한다.

	이색비	Lw(0°)	Lw(40°)/Lw(0°)	상(θ=40°, ф=175°)	하(θ=45°, ф=210°)
비교예 1	-	1158	0.996	945	706
실시예 1	5	1018	0.933	967	767
실시예 2	10	1016	0.930	1106	818
실시예 3	15	1016	0.930	1220	858
실시예 4	20	1015	0.930	1369	908
실시예 5	25	1014	0.930	1503	951

평가예 2. 염료층의 두께에 따른 시야각 콘트라스트비 평가

비교예 2 내지 6

실시예 1 내지 5에 있어서, 염료층의 두께를 각각 0.5㎛로 변경한 것을 제외하고는 동일한 방법으로, 비교예 2 내지 6의 편광판을 준비하고, 상기 시야각 콘트라스트비 평가를 수행하였다. 하기 표 2는 평가예 2의 결과를 나타낸다.

	이색비	염료층 두께	Lw(0°)	Lw(40°)/Lw(0°)	상(θ=40°, ф=175°)	하(θ=45°, ф=210°)
비교예 2	5	0.5㎛	1049	0.96	1016	715
비교예 3	10	0.5㎛	1049	0.92	1070	737
비교예 4	15	0.5㎛	1048	0.92	1112	755
비교예 5	20	0.5㎛	1048	0.92	1165	777
비교예 6	25	0.5㎛	1047	0.91	1210	796
실시예 1	5	1.1㎛	1018	0.933	967	767
실시예 2	10	1.1㎛	1016	0.930	1106	818
실시예 3	15	1.1㎛	1016	0.930	1220	858
실시예 4	20	1.1㎛	1015	0.930	1369	908
실시예 5	25	1.1㎛	1014	0.930	1503	951

10: 편광자, 20: 염료층, 30: 위상차층 301: 제 1 위상차 필름 302: 제2 위상차 필름 100: 상부 편광판 200: 액정패널 300: 하부 편광판

Claims (15)

1. 편광자, 상기 편광자의 일면에 배치되고, 액정 화합물과 이색성 염료를 수직 배향된 상태로 포함하는 염료층 및 상기 편광자의 염료층 반대 측면에 배치된 위상차층을 포함하고, 상기 염료층의 두께는 1㎛ 이상이며, 상기 이색성 염료는, 수평 배향된 상태에서, 400nm 내지 700nm 파장 전 범위에서 흡수 밴드를 갖고, 상기 위상차층은 +C 플레이트와 -B 플레이트의 적층체이고, 상기 이색성 염료의 이색비는 10 내지 25 범위 내이고, 상기 -B 플레이트의 지상축과 상기 편광자의 광 흡수축이 이루는 각도는 85도 내지 95도 범위 내인 편광판.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 액정 화합물은 경화된 상태로 염료층에 포함되는 편광판.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 이색성 염료는 액정 화합물 100 중량부 대비 0.1 중량부 내지 1 중량부로 염료층 내에 포함되는 편광판.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 염료층은, 염료층의 법선 방향으로 입사하는 광에 대한 투과율이, 400nm 내지 700nm 파장 전 범위에서 90% 이상인 편광판.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 이색성 염료는 서로 다른 흡수 대역을 갖는 2종 이상의 이색성 염료의 혼합물인 편광판.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 이색성 염료는 적색 파장의 흡수 대역을 갖는 이색성 염료, 녹색 파장의 흡수 대역을 갖는 이색성 염료 및 청색 파장의 흡수 대역을 갖는 이색성 염료의 혼합물인 편광판.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 염료층의 두께는 1㎛ 내지 1.8㎛ 범위 내인 편광판.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 위상차층은 이색성 염료를 포함하지 않는 편광판.
10. 삭제
11. 삭제
12. 상부 편광판, 수평 전계 방식의 액정패널 및 하부 편광판을 순차로 포함하고, 상기 상부 편광판은 제 1 항의 편광판이며, 상기 편광판의 위상차층이 염료층에 비해 상기 액정패널에 더 가깝게 배치되는 액정 표시 장치.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 액정패널은, 상부 기판, 액정층 및 하부 기판을 순차로 포함하고, 상기 액정층의 면상 위상차 값은 270nm 내지 330nm이고, 두께 방향 위상차 값은 0nm 내지 -40nm인 액정 표시 장치.
14. 제 12 항에 있어서, 상부 편광판의 흡수축과 하부 편광판의 흡수축은 80도 내지 100도 범위 내인 액정 표시 장치.
15. 제 12 항에 있어서, 상기 하부 편광판의 하부에 백라이트를 더 포함하는 액정 표시 장치.

Images