KR20090087868A

KR20090087868A - 위상차 필름

Info

Publication number: KR20090087868A
Application number: KR1020097007178A
Authority: KR
Inventors: 겐지 가토; 가츠시게 하야시; 노리유키 가토; 하루아키 에토; 쇼이치 니토
Original assignee: 엠지시 휠시트 가부시키가이샤; 미츠비시 가스 가가쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2006-09-15
Filing date: 2007-09-11
Publication date: 2009-08-18
Also published as: CN101529284B; US8451540B2; CN101529284A; JPWO2008032848A1; EP2071368A4; WO2008032848A1; EP2071368A1; US20100033825A1; TWI416225B; TW200813572A

Abstract

본 발명은 액정 디스플레이의 휘도, 콘트라스트 및 시야각의 향상에 적합한 필름을 제공하는 것을 과제로 한다. 본 발명에 의하면, 두께가 30~500 ㎛, 광선 투과율이 85% 이상이고, Nz 팩터가 10 이상인 위상차 필름을 제공할 수 있다.

Description

위상차 필름{Retardation film}

본 발명은 액정 디스플레이장치(LCD)의 부재 및 광 픽업장치 부재로서 바람직하게 사용되는 폴리머 필름에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 액정 디스플레이의 휘도, 콘트라스트 및 시야각의 향상에 적합한 필름에 관한 것이다.

플랫 패널 디스플레이(FPD)는 소형의 것에서부터 대형의 것까지 폭넓게 사용되어지게 되었으나, 지금도 LCD는 비스듬한 방향에서 본 경우의 콘트라스트 향상이나 휘도 불균일의 개선, 휘도의 향상이 과제로 지적되고 있다.

이 때문에, 종래부터 폴리머 필름이 위상차 보상의 목적으로 액정표시장치의 슈퍼 트위스티드 네마틱(STN: super twisted nematic) 방식 등에 사용되어, 색 보상, 시야각 확대 등의 문제를 해결하기 위하여 사용되고 있다. 또한 박막 트랜지스터(TFT)를 사용한 LCD는 전술한 STN과 비교하여 화질이 좋아지긴 했으나 비스듬한 방향에서 본 화질이 정면에서 본 화질과 상이하다는 시야각의 문제가 여전히 남아 있었기 때문에, 상기의 위상차 필름을 최적화한 것 등이 사용되고 있다. 또한 기능적으로는 고(高)콘트라스트의 목적으로 반사형 LCD에도 사용되고 있다.

더 나아가서는 최근 화면의 대형화에 수반하여, LCD 시야각의 향상이 필수로 되어 오고 있다. LCD 패널측의 기술개발에 의한 광시야각화와 더불어, 위상차 필름 에 의한 시야각 개선의 요구는 매우 강하여, 보다 성능이 높은 위상차 필름이 요구되고 있다.

LCD의 시야각 특성이 저하되는 이유는, LCD 셀을 빛이 통과할 때에, 액정 자체가 갖는 복굴절이 영향을 미치고 있기 때문이다. 편광판에 의해 만들어진 직선 편광이 LCD 셀을 통과할 때에, 그 편광성능이 유지되지 않고 일부의 빛이 새어나와 투과하는 것으로부터, 콘트라스트의 저하, 색조의 변화라는, 표시에는 바람직하지 않은 현상이 나타나게 된다. 이 액정의 시야각에 의한 복굴절의 변화를 어떻게 보상할 수 있는지가, 위상차 필름에 요구되는 기술이다.

최근, 이 시야각 특성을 개량하는 LCD의 방식으로서, 수직배향 네마틱형 액정표시장치(VA-LCD)나 IPS-LCD, OCB-LCD 등의 액정 자체의 개량으로 디스플레이의 시야각에 의해 콘트라스트를 개선하는 시도가 이루어지고 있다. 그러나 최근의 액정 디스플레이의 대형화, 더 나아가서는 광시야각이고 고화질을 요구하는 니즈에 대응하기 위해 위상차 필름의 기능은 오히려 불가결한 존재로 되어 있어, 리터데이션값의 균일성, 지상축방향(delay axis direction)의 균일성과 표면성(흠집이 생기지 않음)을 구비한 LCD용 위상차 필름을 대면적으로 얻는 것은 중요한 과제가 되고 있다.

이 때문에 많은 위상차 필름이 제안되어 있고, 예를 들면 일본국 특허공개 제2006-91246호 공보에서는 액정표시장치에 사용한 경우에 표시화상의 색조 변화가 적고 또한 시야각의 확대에 기여하는 위상차판이 제안되어 있다. 또한, 일본국 특허공개 제2004-117625호 공보에서는 장력 인가에 의한 연신처리를 실시한 경우의 연신 전과 연신 후의 적외 흡수의 차분 스펙트럼(differential spectrum)에 대해, 연신 15초부터 1시간의 카르보닐기의 흡광도 변화율 A와 연신 10분부터 1시간의 카르보닐기의 흡광도 변화율 B가 1.2≤A≤2.0, B≥1.1인 것을 특징으로 하는 위상차 필름을 제안하고 있다.

더 나아가서는 일본국 특허공개 제2005-77963호 공보에서는 경시변화, 온도변화에 있어서의 치수 안정성이 우수하고, 외부 응력에 의한 광학 물성의 변화가 작은 위상차 필름을 만드는 데에는 굴절률이 높고, 아베수는 낮으며, 유리전이점온도(Tg)가 높고, 광탄성 상수가 특정값 이하인 폴리카보네이트가 유망한 것을 제안하고 있다.

다만 이들의 제안은 필름의 광학 특성을 명확하게 규정하고 있지 않기 때문에 적용방법에는 한계가 있다. 특히 고화질이 추구되는 최근 표시장치의 요구를 만족시키는 것은 아니다. 특히 현재 디스플레이의 고도의 요구를 만족시키기 위해서는 3차원 방향의 굴절률을 제어한 위상차 필름이 중요하여, Nz 팩터로 규정하는 것이 적절하다. Nz 팩터=(nx-nz)/(nx-ny)(식 중, nx 및 ny는 면내의 주굴절률이고, nz는 두께방향의 주굴절률이다.)

이와 같은 Nz 팩터를 제어한 위상차 필름은 몇 가지 제안되어 있다. 예를 들면 일본국 특허공개 제2005-62673호 공보 및 일본국 특허공개 제2005-62671호 공보에는 Nz 팩터가 0.5~2.0인 위상차 필름이 제안되어 있고, 더 나아가서는 일본국 특허공개 제2004-309617호 공보에는 1.00≤Nz 팩터＜1.35인 Nz 팩터를 갖는 위상차 필름이 제안되어 있으며, 마찬가지로 일본국 특허공개 제2006-58540호 공보에는 0.1≤Nz 팩터≤0.9인 위상차 필름이 제안되어 있다.

다만 어느 위상차 필름도 2 이하의 Nz 팩터를 갖는 필름으로, 보다 분자배향을 제어한 큰 값의 Nz 팩터를 갖는 필름은 제안되어 있지 않다.

한편, LCD의 화질을 향상시키기 위하여 휘도 향상, 휘도 불균일 저감을 꾀할 필요가 있어 폴리머 필름으로서 확산 필름 또는 확산 시트가 사용된다. 확산 필름의 가장 중요한 요구 물성으로서는, 휘도 향상, 및 광확산 또는 광원이나 그 뒤에 있는 불균일 패턴을 감추는 것을 들 수 있다.

종래부터 액정 디스플레이 등에는, 에지라이트형 백라이트라고 불리는 면광원이 사용되고 있지만, 이와 같은 액정 디스플레이에 있어서 광원으로부터 발산된 빛을 확산시켜, 광원의 상을 보이지 않게 하기 위한 광확산 필름이 필요하다.

최근, 광확산 필름에는, 양호한 광투과성은 물론이고, 적절한 범위의 헤이즈값(haze value)을 가짐으로써 광원으로부터 발산된 빛을 액정 패널 상에 균일하게 확산시키는 우수한 광확산성과 함께, 우수한 고휘도성이 요구되어 오고 있다.

이와 같은 광확산 시트로서는 필름의 적어도 편면에, 폴리머 비즈나 무기 미립자를 포함하는 광확산층을 구비한 시트(일본국 특허 제2665301호 공보 참조), 더 나아가서는 투명 플라스틱 필름의 편면 또는 양면에 엠보스 가공을 행하여 요철을 형성하는 동시에, 미립자를 포함하는 광확산층을 편면 또는 양면에 구비한 시트(일본국 특허공개 평11-337711호 공보 참조) 등이 있다.

발명의 개시

이상과 같이 시야각 향상을 위해서는 위상차 필름, 특히 3차원 굴절률이 제어된 위상차 필름을 사용하는 것이 바람직하고, 이를 위해서는 Nz 팩터가 규정되어 있는 필름을 사용할 필요가 있지만, 종래 제안되어 있는 것은 Nz 팩터가 2 이하인 것밖에 없고, 보다 분자배향을 제어한 큰 값의 Nz 팩터를 갖는 필름은 제안되어 있지 않았다.

본 발명자는 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토한 결과, 현재 LCD에서 사용되고 있는 위상차 필름과는 달리, 필름 면내와 법선방향의 광학 이방성이 현저하게 상이하도록 제어된 필름의 Nz 팩터가 10 이상을 나타내는 것을 발견하고, 또한 Nz 팩터가 큰 값을 갖는 필름을 사용하면 시야각의 향상이 보여지는 것을 발견했다.

Nz 팩터가 10 이상의 값을 나타내는 필름이, 특히 수직배향(VA) LCD나 광학 보상 밴드(OCB) 액정의 위상차 필름으로서, 시야각을 확대하는 성능이 종래의 필름보다 우수하다는 사실을 발견하고, 이들에 기초하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

또한, Nz 팩터가 큰 것은 필름 면내와 필름 면에 법선방향에서의 분자배향의 이방성이 큰 것을 의미하고, 특히 분자의 배향이 고도로 제어되어 있는 것을 의미한다.

또한, 이 광학 특성을 유지한 채로 광확산능을 부여하는 것도 가능하다는 것을 발견하고, 위상차 기능과 광확산 필름의 기능을 겸비한 필름의 제작이 가능해졌다. 종래에는, 위상차 기능과 광확산 기능을 복수의 필름으로 부여했었지만, 본 발명의 필름 1장으로 이들의 기능을 발휘할 수 있다.

즉, 본 발명은 이하에 나타내는 위상차 필름에 관한 것이다.

본 발명의 일실시형태는 두께 30~500 ㎛, 광선 투과율이 85% 이상이고, Nz 팩터가 10 이상인 것을 특징으로 하는 위상차 필름이다.

Nz 팩터=(nx-nz)/(nx-ny)

(식 중, nx 및 ny는 면내의 주굴절률이고, nz는 두께방향의 주굴절률이다.)

본 발명의 바람직한 태양은, 헤이즈가 50% 이상인 상기의 광확산 기능을 갖는 위상차 필름이다. 본 발명의 다른 바람직한 태양은, 필름의 재질이 폴리카보네이트 수지인 상기의 위상차 필름이다. 본 발명의 다른 바람직한 태양은, 용융 압출법으로 만들어진 것인 상기의 위상차 필름이다.

본 발명의 바람직한 태양인 위상차 필름은, 시야각을 확대하는 성능이 종래의 필름보다 우수하고, 콘트라스트 향상, 더 나아가서는 필름을 얇게 하는 것이 가능하여, 휴대 전자기기 등에 특히 적합하다.

또한, 본 발명의 위상차 필름에 위상차 기능을 손상시키지 않고 광확산 기능을 부여하는 것도 가능하여, 종래에는 위상차 기능과 확산기능을 복수의 필름으로 부여했었지만, 본 발명의 필름 1장으로 해결할 수 있다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하에, 본 발명에 대해 추가적으로 상세하게 설명한다.

위상차 필름으로서는 광투과성이 우수한 필름을 사용할 수 있고, 특별히 한정되지 않는다. 광투과율이 85% 이상이고 배향 불균일이 적은 필름이 바람직하게 사용된다. 재질로서는, 예를 들면, 폴리카보네이트나 폴리아릴레이트, 폴리설폰, PET, 폴리에틸렌나프탈레이트와 같은 폴리에스테르, 폴리에테르설폰이나 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀이나 셀룰로오스계 폴리머, 폴리스티렌이나 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리염화비닐이나 폴리염화비닐리덴, 폴리아미드나 노르보르넨계 폴리머 등을 사용할 수 있다. 상기 중에서도 폴리카보네이트는 특히 바람직하게 사용된다.

폴리카보네이트의 제조방법은, 비스페놀류와 탄산에스테르 형성 화합물로부터 폴리카보네이트를 제조할 때에 사용되고 있는 공지의 방법이다. 예를 들면 비스페놀류와 포스겐의 직접반응(포스겐법), 또는 비스페놀류와 비스아릴카보네이트의 에스테르 교환반응(에스테르 교환법) 등의 방법으로 제조할 수 있다.

상기 비스페놀류로서는, 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판(통칭, 비스페놀 A), 비스(4-히드록시페닐)메탄, 1,1-비스(4-히드록시페닐)에탄; 2,2-비스(4-히드록시페닐)부탄; 2,2-비스(4-히드록시페닐)옥탄; 2,2-비스(4-히드록시페닐)페닐메탄; 2,2-비스(4-히드록시-1-메틸페닐)프로판, 2,2-비스(3-메틸-4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3,5-디메틸-4-히드록시페닐)프로판, 비스(4-히드록시페닐)나프틸메탄, 1,1-비스(4-히드록시-t-부틸페닐)프로판, 2,2-비스(4-히드록시-3-브로모페닐)프로판, 2,2-비스(4-히드록시-3,5-테트라메틸페닐)프로판, 2,2-비스(4-히드록시-3-클로로페닐)프로판, 2,2-비스(4-히드록시-3,5-테트라클로로페닐)프로판, 2,2-비스(4-히드록시-3,5-테트라브로모페닐)프로판 등의 비스(히드록시아릴)알칸류, 1,1-비스(4-히드록시페닐)시클로펜탄, 1,1-비스(4-히드록시페닐)시클로헥산(통칭, 비스페놀 Z), 1,1-비스(4-히드록시페닐)-3,5,5-트리메틸시클로헥산 등의 비스(히드록시아릴)시클로알칸류, 비스(4-히드록시페닐)설파이드 등의 비스(히드록시아릴)설파이드류, 비스(4-히드록시페닐)설폰 등의 비스(히드록시아릴)설폰류 등을 들 수 있다.

특히 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판(통칭, 비스페놀 A)이 바람직하다.

한편, 탄산에스테르 형성 화합물로서는, 예를 들면 포스겐, 트리포스겐이나, 디페닐카보네이트, 디-p-톨릴카보네이트, 페닐-p-톨릴카보네이트, 디-p-클로로페닐카보네이트, 디나프틸카보네이트 등의 비스아릴카보네이트를 들 수 있다. 이들의 화합물은 2종류 이상 병용해서 사용하는 것도 가능하다.

또한, 본 발명의 목적의 범위 내에서, 트리시클로[5.2.1.02,6]데칸디메탄올, 시클로헥산-1,4-디메탄올, 데칼린-2,6-디메탄올, 노르보르난디메탄올, 펜타시클로펜타데칸디메탄올, 시클로펜탄-1,3-디메탄올, 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올, 스피로글리콜, 이소소르비드, 이소만니드 등을 상기 비스페놀류와 병용하는 것도 가능하다.

본 발명의 위상차 필름은 Nz 팩터가 10 이상인 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 15~45이다. Nz 팩터가 10 이상의 값을 나타내는 필름이면, 특히 수직배향(VA) LCD나 광학 보상 밴드(OCB) 액정의 위상차 필름으로서, 시야각을 확대하는 성능이 종래의 필름보다 우수하다.

Nz 팩터를 10 이상으로 하는 데에는, 예를 들면 z 방향에 대해 x 방향의 연신을 크게 하는 것을 들 수 있다. 이것에 의해, nx와 nz의 차이가 커져 Nz 팩터를 충분히 크게 할 수 있다.

본 발명의 위상차 필름은, 적어도 일면의 표면에 요철형상의 모양을 형성함으로써 헤이즈 50% 이상을 갖는 것이 가능하다. 그 표면형상은 광확산성이 우수한 엠보스 모양, V홈 모양, 이랑형상 모양 등이 바람직하고, 특히 엠보스 모양이 바람직하다. 필름 표면에 요철형상의 모양을 형성함으로써, 광선 투과율 및 헤이즈를 임의의 값으로 조정할 수 있어, 목적하는 광확산 성능을 얻을 수 있다.

광선 투과율은 바람직하게는 85% 이상, 특히 바람직하게는 87% 이상이다.

헤이즈는 바람직하게는 50% 이상, 특히 바람직하게는 65% 이상이다.

본 발명의 수지제 필름의 제조방법으로서는, 통상의 용융 압출 성형장치를 사용하여 성형할 수 있다. 압출기로 용융되어 T 다이로부터 나오는 용융 수지 필름을 고무 탄성을 갖는 제1 냉각롤과 표면을 엠보스 가공한 금속제 제2 냉각롤로 니핑(nipping)하여 필름 표면에 요철형상을 부형(賦型)하고, 하류측에 배치한 금속제 제3 냉각롤과 인취롤로 필름을 인취한다. 필름의 두께는 바람직하게는 30~400 ㎛, 더욱 바람직하게는 50~300 ㎛이다.

이하에 실시예를 들면 설명하나, 본 발명은 이하의 실시예에 조금도 한정되는 것은 아니다. 특성의 평가는 하기한 바와 같다.

(1) Nz 계수

일본 분광 주식회사제 엘립소미터 M220으로 측정파장 633 nm에서 리터데이션을 측정하였다. 면내 리터데이션 Re는 필름 표면과 입사광이 수직인 상태에서 측정한 후, 필름 표면과 입사광의 각도를 바꾸어 두께방향 리터데이션 Rth를 측정하고, 3차원 굴절률 nx, ny, nz를 산출하였다. 또한 Nz 팩터는 이하의 식으로 산출하였다.

Nz 팩터=(nx-nz)/(nx-ny)

(2) 전광선 투과율, 헤이즈

주식회사 무라카미 색채기술연구소제의 헤이즈미터 HM-150형으로 측정하였다.

(3) 시야각 특성

하측에서부터 시판의 백라이트, 요오드계 편광판, 위상차 필름, 액정 셀, 편광판의 순서로 배치하고, 편광판의 투과축은 직각이 되도록 배치하였다. 백라이트의 빛을 상면에서부터 입사각 0°와 45°방향에서 육안으로 관찰하고, 빛샘(light leakage)의 유무로 시야각 특성의 양부(良否)를 판단하였다.

(4) 광확산성

점광원을 필름을 통해 봤을 때, 광원의 윤곽이 흐릿해지는 것으로 광확산성을 판단한다.

(또는 광원을 도광판, 필름을 통해 봤을 때 도광판의 도트가 은폐되는 것을 확인하였다.)

[실시예 1]

폴리카보네이트 수지(미쓰비시 엔지니어링 플라스틱스 주식회사제 유필온 E-2000)의 팰릿을, 열풍건조기를 사용하여 120℃에서 3시간 건조하였다. 이 팰릿을 90 mm 단축 압출기와 T 다이에 의해 270℃에서 용융 압출하고, 압출된 용융 필름을 직경 220 mm의 실리콘 고무제의 제1 냉각롤과 표면을 엠보스 가공한 직경 450 mm의 금속제 제2 냉각롤로 니핑하여 엠보스 무늬를 필름 표면에 부형하여 냉각하고, 추가적으로 표면이 경면(鏡面)인 금속제 제3 냉각롤에 통과시켜, 인취롤로 인취하면서 두께 130 ㎛의 편면 엠보스 필름을 성형하였다. 이때, 제1 냉각롤의 온도를 50℃, 제2 냉각롤의 온도를 130℃, 제3 냉각롤의 온도를 130℃로 설정하고, 냉각롤의 속도를 9.5 m/min으로 하였다. 얻어진 필름의 특성평가 결과를 표 1에 나타내었다. 본 실시예의 폴리카보네이트 수지제 필름을 장착함으로써 시야각 특성은 향상되고, 광확산성도 충분하였다.

[실시예 2]

폴리카보네이트 수지(미쓰비시 엔지니어링 플라스틱스 주식회사제 유필온 E-2000)의 팰릿을, 열풍건조기를 사용하여 120℃에서 3시간 건조하였다. 이 팰릿을 90 mm 단축 압출기와 T 다이에 의해 270℃에서 용융 압출하고, 압출된 용융 필름을 직경 220 mm의 실리콘 고무제의 제1 냉각롤과 표면을 엠보스 가공한 직경 450 mm의 금속제 제2 냉각롤로 니핑하여 엠보스 무늬를 필름 표면에 부형하여 냉각하고, 추가적으로 표면이 경면인 금속제 제3 냉각롤에 통과시켜, 인취롤로 인취하면서 두께 75 ㎛의 편면 엠보스 필름을 성형하였다. 이때, 제1 냉각롤의 온도를 60℃, 제2 냉각롤의 온도를 135℃, 제3 냉각롤의 온도를 135℃로 설정하고, 냉각롤의 속도를 16.0 m/min으로 하였다. 얻어진 필름의 특성평가 결과를 표 1에 나타내었다. 본 실 시예의 폴리카보네이트 수지제 필름을 장착함으로써 시야각 특성은 향상되고, 광확산성도 충분하였다.

[실시예 3]

폴리카보네이트 수지(미쓰비시 엔지니어링 플라스틱스 주식회사제 유필온 E-2000)의 팰릿을, 열풍건조기를 사용하여 120℃에서 3시간 건조하였다. 이 팰릿을 90 mm 단축 압출기와 T 다이에 의해 270℃에서 용융 압출하고, 압출된 용융 필름을 직경 220 mm의 실리콘 고무제의 제1 냉각롤과 표면을 엠보스 가공한 직경 450 mm의 금속제 제2 냉각롤로 니핑하여 엠보스 무늬를 필름 표면에 부형하여 냉각하고, 추가적으로 표면이 경면인 금속제 제3 냉각롤에 통과시켜, 인취롤로 인취하면서 두께 500 ㎛의 편면 엠보스 필름을 성형하였다. 이때, 제1 냉각롤의 온도를 40℃, 제2 냉각롤의 온도를 125℃, 제3 냉각롤의 온도를 125℃로 설정하고, 냉각롤의 속도를 2.5 m/min으로 하였다. 얻어진 필름의 특성평가 결과를 표 1에 나타내었다. 본 실시예의 폴리카보네이트 수지제 필름을 장착함으로써 시야각 특성은 향상되고, 광확산성도 충분하였다.

[비교예 1]

GE사제 렉산 매트 필름 8A13를 사용하여 실시예 1과 동일하게 필름 특성평가 측정을 행하였다.

[비교예 2]

GE사제 렉산 매트 필름 8B35를 사용하여 실시예 1과 동일하게 필름 특성평가 측정을 행하였다.

[비교예 3]

데이진 화성사제 팬라이트 필름 PC3555를 사용하여 실시예 1과 동일하게 필름 특성평가 측정을 행하였다.

본 발명의 위상차 필름은 액정 디스플레이장치(LCD)의 부재나 광 픽업장치 부재 등에 바람직하게 사용된다.

Claims

두께가 30~500 ㎛이고, 광선 투과율이 85% 이상이며, Nz 팩터가 10 이상인 것을 특징으로 하는 위상차 필름.

Nz 팩터=(nx-nz)/(nx-ny)

(식 중, nx 및 ny는 면내의 주굴절률이고, nz는 두께방향의 주굴절률이다.)
제1항에 있어서,

헤이즈가 50% 이상인 위상차 필름.
제1항 또는 제2항에 있어서,

필름의 재질이 폴리카보네이트인 위상차 필름.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

용융 압출법으로 만들어진 것인 위상차 필름.