KR100738319B1 - 네마틱 액정을 이용한 브이에이용 보상 광학소자의제조방법 및 이를 이용한 브이에이용 광학소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 네마틱 액정을 이용한 VA용 보상 광학소자의 제조방법을 제공하기 위한 것으로, (a) 배향막 수지와 경화제를 포함하여 구성된 배향막 코팅 조성물을 용매에 혼합한 배향막 코팅용액 100중량%에 있어서, ⅰ) 상기 배향막 수지는 10중량% 내지 45중량% ⅱ) 상기 경화제는 0.1중량% 내지 10중량%로 혼합한 배향막 코팅용액을 회전속도는 50rpm 내지 5,000rpm로, 회전시간은 10초 내지 500초로 하는 연속 회전식 코팅기를 이용하여 편광필름에 부착된 A플레이트 위에 스핀 코팅한 후, 건조 및 자외선 경화하여 배향막을 형성하는 배향막 형성단계; (b) 상기 단계에서 형성된 배향막을 수평방향으로 러빙 처리하는 러빙단계; 및 (c) 상기 러빙 처리된 배향막 위에 5중량% 내지 50중량%로 네마틱 액정이 혼합된 액정 코팅용액을 회전속도는 50rpm 내지 6,000rpm로, 회전시간은 10초 내지 600초로 하는 연속 회전식 코팅기를 이용하여 스핀 코팅한 후, 건조 및 자외선 경화하여 액정층을 형성하는 액정층 형성단계를 포함하여 이루어진다.
VA, 네마틱, 액정, 코팅, 스핀, spin, 광학
Description
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 네마틱 액정을 이용한 VA용 보상 광학소자의 구성도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예 1에서 얻어진 보상 광학소자의 위상축에 대한 입사각에 따른 위상차 변화를 나타내는 그래프,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예 2에서 얻어진 보상 광학소자의 위상축에 대한 입사각에 따른 위상차 변화를 나타내는 그래프,
도 4는 비교예 1에서 얻어진 보상 광학소자의 위상축에 대한 입사각에 따른 위상차 변화를 나타내는 그래프,
도 5는 비교예 2에서 얻어진 보상 광학소자의 위상축에 대한 입사각에 따른 위상차 변화를 나타내는 그래프,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예 1에서 얻어진 보상 광학소자의 전방위에 따른 위상차의 변화를 나타내는 그래프이고,
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예 2에서 얻어진 보상 광학소자의 전방위에 따른 위상차의 변화를 나타내는 그래프이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100: 편광필름 200: 점착제
300: A-플레이트 400:배향막
500: 액정층
본 발명은 네마틱 액정을 이용한 VA용 보상 광학소자의 제조방법 및 이를 이용한 VA용 광학소자에 관한 것으로, 특히 스핀 코팅(spin-coating) 방식에 의하여 소정크기로 절단된 편광필름에 부착된 biaxial 필름(nx≠ny≠nz) 위에 배향막과 네마틱 액정을 코팅함으로써, VA-LCD(Vertical Aligned Liquid Crystal Display)의 암상태(Black state)를 보상할 수 있는 광학소자의 제조방법으로 박형으로 제작이 가능함과 더불어 제조공정의 감소로 인한 수율을 향상시킬 수 있는 네마틱 액정을 이용한 VA용 보상 광학소자의 제조방법 및 이를 이용한 VA용 보상 광학소자에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시 장치는 두 장의 기판 사이에 액정을 주입하고, 상기 액정에 가하는 전장의 세기를 조절하여 광투과량을 조절하는 구조로 되어 있다.
이때, 액정 물질은 분자의 장축 방향과 단축 방향으로의 굴절률이 서로 다른 복굴절성을 갖는데, 이 복굴절성에 의해 액정 표시 장치를 보는 위치에 따라 빛이 느끼는 굴절률이 차이가 생긴다. 따라서 선편광된 빛이 액정을 통과하면서 편광상태가 바뀌는 비율에 차이가 생겨 정면에서 벗어난 위치에서 볼 때의 빛의 양과 색특성이 정면에서 볼 경우와는 달라진다. 이로 인하여 액정 표시 장치는 시야각에 따라 대비비(contrast ratio)의 변화, 색상 변이(color shift), 계조 반전(gray inversion) 등의 현상이 발생한다.
종래에는 전압이 인가되지 않은 상태에서 VA-LCD의 암 상태(Black state)를 보상하기 위해 네가티브 C-plate 및 A-plate가 주로 사용되었으며, 상기 보상필름은 일반적으로 사이클로 올레핀, 폴리카보네이트, TAC 필름을 일축 혹은 이축으로 연신하여 사용되어 왔다. 네가티브 C 플레이트와 A-플레이트를 사용하는 방법으로 액정패널의 상판 글래스와 상판 편광자 사이에 A-플레이트와 네가티브 C-플레이트 2매를 게재하여 사용하는 방법, A-플레이트와 네가티브 C-플레이트 2매를 액정패널의 하판 글래스(glass)와 하판 편광자 사이에 게재하는 방법, 액정패널의 상판 글래스(glass)와 상판 편광자 사이와 액정패널의 하판 글래스와 하판 편광자 사이에 A-플레이트 또는 네가티브 C-플레이트를 1매 게재하거나 각각 1매 게재하는 방법이 있었다.
그러나 종래 연신법에 의해 제조된 -C-Plate 보상필름이 포함된 VA-LCD는 암 상태의 보상이 완전히 이루어지지 않기 때문에 경사각에서 빛 누설이 발생되는 단점이 있다. 또한, 이러한 암 상태의 블랙 보상 및 색변화를 막기 위해 각각 서로 다른 연신법에 의해 제조된 A-플레이트를 사용했으나, 이는 공정의 복잡성 및 수율의 감소, 두께 증가를 초래하였다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 스핀 코팅(spin-coating) 방식에 의하여 소정크기로 절단된 편광필름에 부착된 2축으로 연신된 biaxial 필름(nx≠ny≠nz) 위에 배향막과 네마틱 액정을 코팅함으로써, VA-LCD(Vertical Alignment-Liquid Crystal Display)의 암상태(Black state)를 보상하여 그 효과를 극대화할 수 있는 보상 광학소자를 제공하는데 있다.
또한, 상기 보상 광학소자의 제조방법으로 스핀 코팅방식을 이용하여 상기 biaxial 필름 위에 배향막과 네마틱 액정을 코팅하는 방법을 채택함으로써 박형으로 제작이 가능함과 더불어 제조공정의 감소로 인해 수율을 향상시킬 수 있는 네마틱 액정을 이용한 VA용 보상 광학소자의 제조방법을 제공하는데 있다.
이하, 기술적 구성을 중심으로 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 네마틱 액정을 이용한 VA용 보상 광학소자의 제조방법은 편광필름 크기에 맞게 소정크기로 절단되어 편광필름에 biaxial 필름을 연신 것(이하, 'A-플레이트')을 시켜 부착시킨다. 그리고 상기 A-플레이트 위에 배향막을 코팅하고, 건조, 경화하여 배향막을 형성하는 단계와; 상기 배향막 위에 러빙처리를 하는 러빙단계와; 상기 러빙처리된 배향막 위에 네마틱 액정을 코팅하고 건조, 경화하는 액정층 형성단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명에서 사용되는 A-플레이트로는 폴리카보네이트 필름, 씨클로 올레핀 계열의 필름, 폴리메틸메타 아크릴레이트 필름 등을 있다.
이하, 본 발명에 의한 네마틱 액정을 이용한 VA용 보상 광학소자의 제조방법을 단계별로 살펴보면 다음과 같다.
(1) 배향막 형성단계
배향막은 배향막 수지, 경화제를 포함하여 구성된 배향막 코팅 조성물을 용매에 혼합하여 용액의 형태로 제조한 다음 상기 A-플레이트 위에 스핀 코팅방식에 의해 코팅을 수행한 후, 건조, 경화하는 배향막 경화단계로 이루어진다.
1) 배향막 코팅단계
본 발명에서는 배향막 수지, 경화제를 포함하여 구성된 배향막 코팅 조성물을 용매와 제조한 형태의 용액(이하, '배향막 코팅용액')을 스핀 코팅방식에 의해 상기 A-플레이트 위에 코팅시킴으로써 수행된다.
본 발명의 스핀 코팅방식에서 적용되는 회전속도 및 회전시간은 다음과 같다.
본 발명에서의 스핀 코팅의 회전속도는 50rpm 내지 5,000rpm으로 배향막 코팅 조성물을 용매와 혼합한 용액을 코팅하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 100rpm 내지 4,000rpm이다. 더더욱 바람직한 스핀 코팅의 회전속도는 500rpm 내지 3,000rpm이다.
스핀 코팅의 회전속도가 50rpm보다 작으면, 원하는 소정의 박막을 얻을 수 없음은 물론 편광필름에 부착된 A-플레이트 표면에 배향막이 고르게 도포되지 못한다. 또한, 5,000rpm보다 크면 높은 원심력으로 인하여 배향막의 중앙부와 바깥 부분에서 두께 차이가 발생한다. 또한, 높은 회전속도를 유지하기 위하여 스핀 코팅 장치에 무리가 갈 수 있다.
더불어, 본 발명의 스핀 코팅단계에서 회전시간은 10초 내지 500초인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 30초 내지 400초이다. 더더욱 바람직하게는 60초 내지 300초이다. 회전시간은 배향막 코팅 조성물과 용매가 혼합된 용액의 점도, 코팅시키고자 하는 배향막의 두께에 따라서 변할 수 있다.
회전시간이 10초 보다 작으면 A-플레이트에 배향막을 고르게 도포시키는 충분한 시간을 확보하기 힘들고, 500초 보다 크면 경제성이 떨어진다.
본 발명에서 사용되는 배향막 수지는 자외선 경화성수지를 사용하는 것이 바람직하다. 그 예로 불포화 폴리에스테르 수지, 다관능 아크릴레이트 수지, 다관능 메타아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴 수지, 에폭시 아크릴레이트 수지 등을 단독 또는 혼합한 것을 사용할 수 있다. 본 발명에서 사용가능한 배향막 수지는 동일한 작용 효과를 나타낸다면 그 범위가 상기 나열된 수지에 한정되지 않음은 물론이다.
또한, 상기 배향막 수지는 분자 내 1개 이상의 극성기와 1개 이상의 관능기를 갖는 화합물을 사용한다. 여기서 1개 이상의 극성기는 화합물 내에 히드록시기, 아미노기, 우레탄기 또는 이소시아네이트 고리 중 적어도 하나인 경우가 적당하며 상이한 극성기가 존재하여도 상관없다.
상기 배향막 수지의 함량은 배향막 코팅용액 100중량%에 있어서, 10중량% 내지 45중량%가 바람직하다. 더 바람직하게는 15중량% 내지 40중량%이다. 상기 배향막 수지의 함량이 10중량% 미만이면 경도가 낮아 배향막을 형성하기에 부족하고, 45중량% 보다 많으면 필요 이상으로 배향막 수지가 포함되어 경제성이 떨어진다는 단점이 있다.
또한, 상기 경화제는 배향막 수지의 종류에 따라서 하나의 경화제를 선택하거나 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있으며, 바람직하게는 이소시아네이트계 화합물, 에폭시계 화합물, 아지리딘계 화합물, 금속 킬레이트 화합물, 금속 알콕사이드 금속염, 아민 화합물, 히드리진 화합물 등을 단독 또는 혼합하여 사용한다.
본 발명에서는 배향막 수지로 자외선 경화성수지를 사용하므로 경화제도 자외선 경화성 경화제를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 사용하는 경화성수지의 종류, 물리화학적 성질 등에 따라서 경화제의 종류, 크기, 함량 등을 조정하여 선택하는 것이 바람직하다.
본 발명에서의 이소시아네이트계 화합물은 트리메틸렌 디이소시아네이트(trimethylene diisocyanate), 헥사메틸렌 디이소시아네이트(hexamethylene diisocyanate), 이소포론 디이소시아네이트(isophorone diisocyanate), 디페닐메탄 이소시아네이트(diphenylmethane isocyanate), 자이렌 디이소시아네이트(xylene diisocyanate) 등의 방향족 디이소시아네이트계 화합물, 헥사메틸 디이소시아네이트(hexamethyl diisocyanate) 등의 지방족 디이소시아네이트 화합물(aliphatic diisocyanate) 등을 단독 또는 혼합하여 사용한다.
또한, 본 발명에서의 에폭시계 화합물은 폴리에틸렌 글리콜 디글리시딜 에테르(polyethylene glycol diglycidyl ether), 디글리시딜 에테르(diglycidyl ether), 트리메틸올 프로판 트리글리시딜 에테르(trimethylol propane triglycidyl ether) 등을 단독 또는 혼합하여 사용한다.
본 발명의 배향막을 형성하기 위해 사용되는 경화제는 배향막 코팅용액 100중량%에 대하여 0.1중량% 내지 10중량% 사용하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.5중량% 내지 5중량%이다.
본 발명에서 경화제는 배향막 코팅 조성물의 분자량 또는 사슬 구조를 제어하기 위하여 사용하는 첨가제로서, 전술한 범위에서 경화제를 사용하면 상 분리 현상 등을 억제하는 효과가 두드러진다. 경화제의 함량이 0.1중량% 보다 작으면 경화제 기능을 기대하기 힘들고, 10중량% 보다 크면 경화성 수지의 함량이 상대적으로 낮아 경도를 높이기 어렵다.
또한, 배향막 코팅단계에서 사용되는 용매는 상기 배향막 코팅 조성물(배향막 수지와 경화제를 포함하여 구성되는 조성물)과 잘 혼합될 수 있는 것이면 적당하다. 대표적인 예로는 이소프로필알콜(IPA, Iso Propyl Alcohol)이 있다.
그리고 상기 배향막 수지가 함유되어 있는 배향막 코팅용액의 점도는 1cps 내지 500cps인 것이 바람직하다. 점도가 1cps 이하에서는 제조되는 배향막의 두께를 얇게 조절할 수 있으나, 상기 배향막의 경도가 낮아져 배향막의 기능을 수행하기에 불충분할 우려가 있으며, 점도 500cps 이상에서는 제조되는 배향막의 두께가 필요 이상으로 두꺼워져 배향막의 두께 조절이 어렵고, 막의 일부가 두껍게 되는 문제점이 나타난다.
2) 배향막 건조단계
배향막 건조단계에서는 상기 1)단계에서 배향막이 균일하게 도포된 A-플레이트를 건조하는 공정을 수행하게 된다. 즉, 배향막 건조단계에서는 배향막 코팅단계에서 도포된 용매를 휘발시킨다.
건조단계에서 수행하는 건조온도는 20℃ 내지 70℃가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 25℃ 내지 60℃이다. 건조온도가 20℃보다 낮으면 용매를 제거하는데 걸리는 시간이 길어지고, 건조온도가 70℃보다 높으면 배향막의 물성에 영향을 줄 수 있다.
또한, 건조시간은 15초 내지 300초 정도가 바람직하다. 더 바람직하게는 55초 내지 200초, 더더욱 바람직하게는 60초 내지 100초 이다. 건조시간의 15초 이하이면 건조의 효과가 제대로 나타나지 못하고, 300초 이상의 건조는 물성에 영향을 줄 수 있다. 이 경우 상기 1)단계에서와 같은 회전속도로 연속회전 코팅기에서 건조하면 건조시간을 더 단축시킬 수 있다.
3) 배향막 경화단계
배향막 경화단계에서는 상기 2)단계에서 건조된 배향막에 자외선(UV)을 가해 경화하여 배향막을 형성한다.
상기 UV 경화단계는 건조된 배향막을 A-플레이트에 완전히 부착시키고 건조 공정에서 미처 제거하지 못한 용매를 완전히 제거하기 위해 수행한다.
또한, UV의 에너지 범위는 250mJ/cm2 내지 600mJ/cm2 인 것이 바람직하다. 에너지 조사량이 250mJ/cm2 이하인 경우 충분한 경화효과가 나타나지 못하고 600mJ/cm2 이상인 경우는 배향막의 물성에 영향을 줄 수 있다.
경화시간은 UV의 에너지 조사량에 대응하여 상대적으로 결정되며, 경화시간은 45초 내지 130초가 바람직하다. 경화시간이 45초 이하인 경우는 경화의 효과가 충분히 나타나지 못하고, 130초 이상인 경우는 배향막의 물성 및 내구성에 영향을 미쳐 배향막의 기능을 떨어뜨릴 수 있다. 상기의 자외선 경화는 초고온 수은등, 고압 수은등, 저압 수은등, 카본아크, 크세논아크, 메탈할라이드 램프 등의 광원으로부터 발하는 자외선 등을 사용한다.
상기 배향막은 그 두께를 0.01㎛ 내지 5㎛로 되게 형성하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.05㎛ 내지 3㎛이다. 두께가 5㎛ 보다 두꺼워지면 VA용 보상필름의 두께가 필요 이상으로 두꺼워지며, 0.01㎛ 보다 얇으면 후술할 네마틱 액정의 배향이 제대로 이루어지지 못하여 VA-LCD의 암상태나 색변화에 대한 보상을 제대로 수행하지 못한다는 단점이 있다.
(2) 러빙단계
러빙단계는 상기 (1)단계에서 형성된 배향막을 러빙장치를 통과시켜 표면에 일정한 방향으로의 배향을 돕는 공정을 수행한다. 러빙단계는 특별히 제한되지 않 지만 나중에 액정성 화합물의 배향 및 균일성에 영향을 주기 때문에 상기 공정은 평활한 것이 바람직하다. 상기 러빙단계에서 수행하는 러빙처리란, 예컨대 레니온, 나일론, 코튼, 아라미드 등의 섬유를 식모한 벨벳 모양의 천을 롤에 붙인 러빙 롤을 제작하고, 이 롤을 고속 회전시킨 상태로 유기물질이 코팅된 표면을 처리하는 방법이다. 또는 러빙 롤을 고정한 상태로 고속 회전시켜 필름을 러빙 롤에 접촉시키면서 반송시킴으로써, 러빙공정을 수행할 수 있다. 러빙처리의 조건은 사용하는 고분자 필름이나 적층하는 플라스틱 필름 또는 천의 종류, 러빙 롤의 직경 또는 러빙 롤의 회전수 및 회전방향, 고분자 필름 또는 러빙 롤의 이동속도 및 고분자 필름에의 러빙 롤의 가압 정도 등에 의해서 다르게 설정된다. 상기 러빙은 수평방향으로 러빙처리 하는 것이 바람직하다. 상기 방향의 러빙처리로 인해 후술할 액정층이 네가티브 C-플레이트의 역할을 하게 되는 것이다.
(3) 액정층 형성단계
본 발명에서 액정층 형성단계는 상기 러빙단계에서 러빙처리된 배향막 위에 스핀 코팅방식에 의해 액정층을 코팅하고, 건조, 경화함으로써 수행된다.
1) 액정층 코팅단계
액정층 코팅단계는 네마틱 액정이 포함된 액정 조성물을 용매에 용해시킨 용액(이하 '액정 코팅용액')의 형태로 스핀 코팅방식에 의해 상기 배향막 위에 코팅하게 된다.
네마틱 액정이라 함은 분자 위치에 규칙성이 없지만 분자축을 전제로 한 방향으로 향한 질서(orientation order)를 가지고 있는 액정으로 분자의 방향은 위, 아래가 거의 동등하기 때문에 분극이 상쇄되어 일반적으로 강유전성을 나타내는 것을 말한다.
본 발명의 스핀 코팅방식에서 적용되는 회전속도 및 회전시간은 다음과 같다.
본 발명에서 스핀 코팅의 회전속도 50rpm 내지 6,000rpm으로 수행하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 100rpm 내지 4,000rpm이다.
스핀 코팅의 회전속도가 50rpm보다 작으면, 원하는 소정의 박막을 얻을 수 없음은 물론 배향막 표면에 액정층이 고르게 도포되지 못한다. 또한, 6,000rpm보다 크면 높은 원심력으로 인하여 액정층의 중앙부와 바깥 부분에서 두께 차이가 발생한다. 또한, 높은 회전속도를 유지하기 위하여 스핀 코팅 장치에 무리가 갈 수 있으며 액정층 자체의 내구성에 영향을 줄 수 있다.
더불어, 본 발명의 스핀 코팅단계에서 회전시간은 10초 내지 600초인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 30초 내지 400초이다. 회전시간은 네마틱 액정이 포함된 액정 조성물과 용매가 혼합된 액정 코팅용액의 점도, 코팅시키고자 하는 액정층의 두께에 따라서 변할 수 있다.
회전시간이 10초 보다 작으면 러빙처리된 배향막에 액정층을 고르게 도포시키는 충분한 시간을 확보하기 힘들고, 600초 보다 크면 경제성이 떨어진다.
본 발명에서 사용되는 네마틱 액정으로는, 배향기판상에 균일하고 모노도메 인인 네마틱 배향성을 나타내고, 또한 그 배향상태를 용이하게 고정할 수 있는 액정성 고분자에 소정량의 광학활성 성분을 첨가한 경화형 네마틱 액정성 고분자(모노머 형태가 후술할 경화단계를 거치면 고분자 형태가 된다)를 사용하는 것이 바람직하다. 경화형 네마틱 액정성 고분자를 사용하는 이유는 보상필름으로 사용되어야 하기 때문이다.
상기 광학활성 성분으로서는 광학활성을 나타내는 것이면 어느 것이나 가능하지만 광학활성인 고분자 화합물 또는 고분자 조성물을 사용하는 것이 바람직하다. 분자 내에 광학활성인 기를 갖는 것이라면 어느 것도 사용할 수 있는데, 상기 액정성 고분자와의 상용성의 관점으로부터 광학활성인 액정성 고분자 화합물 또는 액정성 고분자 조성물인 것이 바람직하다. 그 액정성 고분자로서는, 폴리아크릴레이트, 폴리메타아크릴레이트, 폴리말로네이트, 폴리실록산, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리에스테르아미드, 폴리카보네이트, 폴리펩티드, 셀룰로스 또는 이들 액정성 고분자를 주성분으로 하는 조성물 등을 들 수 있다. 그 중에서도 방향족 주체의 광학활성인 액정성 폴리에스테르가 바람직한 예로서 포함된다.
또 분자 내에 광학활성인 기를 갖는 액정성 고분자로서는, 고분자 주쇄중에 광학활성인 기를 갖는 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리에스테르이미드 또는 고분자의 측쇄에 광학활성인 기를 갖는 폴리아크릴레이트, 폴리메타아크릴레이트, 폴리말로네이트, 폴리실록산 등을 예시로서 들 수 있다. 그 중에서도 배향성이 좋고, 합성도 비교적 용이한 액정성 폴리에스테르가 바람직하다. 폴리머의 구성단위로서는 방향족 혹은 지방족 디올단위, 방향족 혹은 지방족 디카르본산 단위, 방향족 혹은 지방족 히드록시카르본산 단위를 바람직한 예로서 들 수 있다.
또한, 상기 네마틱 액정을 포함하여 구성된 액정 조성물을 용해시키기 위해 사용되는 용매는 클로로폼, 디클로로에탄, 테트라클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 테트라클로로에틸렌, o-디클로로벤젠 등의 할로겐화 탄화수소, 이들과 페놀류와의 혼합용매, 켄톤류, 에테르류, 디메틸폼아미드, 디메틸아세트아미드, 디메틸설폭시드, N-메틸필롤리돈, 설폴란, 씨클로헥사논, 자일렌, 톨루엔 등이 있다.
상기 액정 조성물의 함량은 액정 코팅용액 100중량%에 있어서, 5중량% 내지 50중량%가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 10중량% 내지 40중량%이다.
액정 조성물의 함량이 5중량% 보다 작으면 원하는 VA용 보상필름으로서 보상기능(시야각 보상, 계조반전 보상, 색보상 등)을 제대로 수행할 수 없고, 50중량% 보다 많으면 액정 조성물이 필요 이상으로 많이 함유되어 공정의 제어가 힘들어질 뿐 아니라 경제성이 떨어진다는 단점이 있다.
또한, 상기 광학활성 성분은 네마틱 액정성 고분자 100중량부에 대하여, 5중량부 내지 15중량부인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 8중량부 내지 13중량부이다. 광학활성 성분의 함량이 5중량부 이하이면 광학활성 기능을 제대로 수행할 수 없고, 15중량부 이상은 효과 면에서 별반 차이가 없으므로 무의미하다.
또한, 상기 액정 코팅용액은 점도는 1cps 내지 600cps인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 10cps 내지 450cps이다. 더더욱 바람직하게는 50cps 내지 300cps이다.
상기 액정 코팅용액의 점도가 1cps보다 작으면 점착력이 떨어져 용이하게 액정 코팅용액을 도포시키기 힘들며, 600cps보다 크면 점착력이 지나치게 커서 공정을 제어하기 어렵다.
2) 건조단계
건조단계에서는 상기 액정층 코팅단계에서 액정층에 도포된 용매를 제거시키기 위해서 수행된다.
건조단계에서 수행하는 건조온도는 15℃ 내지 60℃가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 25℃ 내지 55℃이다. 건조온도가 15℃보다 낮으면 용매를 제거하는데 걸리는 시간이 길어지고, 건조온도가 60℃보다 높으면 액정층의 물성에 영향을 줄 수 있다.
또한, 건조시간은 15초 내지 300초 정도가 바람직하다. 더 바람직하게는 55초 내지 200초, 더더욱 바람직하게는 60초 내지 100초 이다. 건조시간의 15초 이하이면 건조의 효과가 제대로 나타나지 못하고, 300초 이상의 건조는 물성에 영향을 줄 수 있다. 이 경우 상기 1)단계에서와 같은 회전속도로 연속회전 코팅기에서 건조하면 건조시간을 더 단축시킬 수 있다.
3) 액정층 경화단계
액정층 경화단계에서는 상기 건조단계에서 건조된 액정층에 자외선(UV)을 가해 경화하여 액정층을 형성한다.
상기 액정층 경화단계는 건조된 액정층을 배향막에 완전히 부착시키고 건조공정에서 미처 제거하지 못한 용매를 완전히 제거하기 위해 수행한다.
또한, UV의 에너지 범위는 250mJ/cm2 내지 600mJ/cm2 인 것이 바람직하다. 에너지 조사량이 250mJ/cm2 이하인 경우 충분한 경화효과가 나타나지 못하고 600mJ/cm2 이상인 경우는 배향막의 물성에 영향을 줄 수 있다.
경화시간은 UV의 에너지 조사량에 대응하여 상대적으로 결정되며, 경화시간은 45초 내지 130초가 바람직하다. 경화시간이 45초 이하인 경우는 경화의 효과가 충분히 나타나지 못하고, 130초 이상인 경우는 액정층의 물성 및 내구성에 영향을 미쳐 액정층의 기능을 떨어뜨릴 수 있다. 상기의 자외선 경화는 초고온 수은등, 고압 수은등, 저압 수은등, 카본아크, 크세논아크, 메탈할라이드 램프 등의 광원으로부터 발하는 자외선 등을 사용한다.
상기 액정층은 그 두께를 0.01㎛ 내지 40㎛로 되게 형성하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.1㎛ 내지 20㎛이다. 액정층의 두께가 0.01㎛ 보다 얇아지면 원하는 시야각 보상기능을 수행하기가 힘들고, 40㎛ 보다 두꺼워지면 시야각 보상필름의 두꺼워진다는 단점이 있다.
상기의 과정을 거쳐 제조된 네마틱 액정을 이용한 VA용 보상 광학소자의 구조도가 도 1에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 네마틱 액정을 이용한 VA용 보상 광학소자는 편광필름(100) 위에 점착제(200)에 의해 biaxial 필름인 A플레이트(300)가 부착되고, 상기 A플레이트(300) 위에 배향막(400)이 코팅되고, 그 위에 네 마틱 액정이 포함된 액정층(500)이 코팅된 형태이다. 이는 종래의 연신법에 의한 VA용 보상 광학소자에 비해 제조공정이 보다 간단하다. 상기 액정층(500)은 종래 연신법에 의해 제조된 네가티브 C-플레이트의 역할(두께방향의 위상차를 보상하는 역할)을 수행하게 된다.
이하, 하기 실시예를 통하여 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명할 것이나, 하기하는 실시예는 본 발명의 일 예시일 뿐 본 발명이 이러한 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
1) 통상적인 방법에 편광필름을 제작한 후, 가로, 세로 500mm으로 자른 뒤 연속식 회전 코팅기에서 편광필름 일면에 점착제를 이용하여 세끼스이사의 씨클로 올레핀 Biaxial 필름 S-SINA(50/80)ⓡ 제품을 부착시킨다. 상기 S-SINA(50/80)ⓡ 제품 위에 배향막 수지로는 다관능 아크릴레이트 계열 및 다관능 메타아크릴레이트 계열의 배향막 수지으로서 디펜타아크릴로일 아크릴레이트(니뽕 가야꾸 제조 Kayard D-310)와 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트(니뽕 가야꾸 제조 Kayarad PET-30)을 무게비 9:1로 혼합한 배향막 수지를 35중량%, 경화제로는 트리메틸렌 디이소시아네이트를 3중량% 혼합하여, 상기의 혼합 조성물(배향막 수지+경화제)을 이소프로필 알콜에 용해시켜 용액을 스핀 코팅방식에 의해 코팅시킨다. 이 때, 회전속도는 200rpm의 속도로 하고, 시간은 1분동안 수행하였다. 그리고 건조, 자외선 경화하여 두께를 3㎛로 하여 배향막을 형성하였다. 상기 건조는 온도를 25℃로, 시간은 1분 동안 수행하였다. 경화는 300mJ/cm2 UV를 조사하여 수행하였다.
2) 상기 배향막은 수평방향으로 러빙처리를 하였다.
3) 액정으로는 네마틱 경화성 액정 용액(Merck社 RMS04-020)을 사용하여 코팅을 수행하였다. 상기 네마틱 경화성 액정 용액(Merck社 RMS04-020)은 네마틱 액정 38중량%를 톨루엔과 씨클로헥사논의 혼합 용매에 용해된 것(액정 코팅용액)이다. 그리고 연속회전 코팅기에서 250rpm의 회전속도로 1분동안 상기 액정 코팅용액을 배향막 위에 코팅하고 25℃에서 1분 동안 건조 후, 300mJ/cm2 의 에너지로 자외선 경화하여 액정층을 형성하되, 액정층의 두께가 3㎛가 되게 보상 광학소자를 제조하였다.
실시예 2
상기 액정층의 두께를 5㎛로 증가시키는 것 외에는 실시예 1과 동일한 조건으로 시야각 보상 광학소자를 제조하였다.
비교예 1
종래 연신방법에 의해 제작된 A-플레이트를 편광필름에 부착하여 사용하였다(폴리카보네이트 필름 사용).
비교예 2
종래 연신방법에 의해 제작된 네가티브 C-플레이트를 편광필름에 부착하여 사용하였다(씨클로 올레핀계 필름 사용).
[표 1]에는 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1, 비교예 2에서 얻어진 보상 광학소자의 위상축에 대한 굴절률, 굴절률 상관관계, 면 방향, 두께방향 위상차가 나타나 있다.
| 항목 | Nx | Ny | Nz | 굴절률 상관 관계 | 면 방향 위상차 (R0) | 두께 방향 위상차 (Rth) |
| 실시예 1 | 1.67206 | 1.67110 | 1.66666 | Nx>Ny>Nz | 48.0 | 258.0 |
| 실시예 2 | 1.67241 | 1.67146 | 1.66307 | Nx>Ny>Nz | 47.7 | 368.3 |
| 비교예 1 | 1.49876 | 1.49760 | 1.49615 | Nx>Ny>Nz | 50.2 | 87.2 |
| 비교예 2 | 1.47099 | 1.47097 | 1.46894 | Nx=Ny>Nz | 2.3 | 120.6 |
(Nx는 x축 방향 굴절률을 의미하고, Ny는 y축 방향 굴절률을 의미하고, Nz는 z축 방향 굴절률을 의미한다.)
실시예 1, 실시예 2, 비교예 1에서 얻어진 보상 광학소자의 면 방향 위상차는 거의 비슷하게 나타난다. 이는 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1에서 얻어진 보상 광학소자 모두 면 방향 위상차를 보상해 주는 A플레이트가 구비되었기 때문이다. 이에 반하여 비교예 2에서 얻어진 보상 광학소자는 네가티브 C-플레이트이기에 면 방향 위상차를 보상해 주는 기능이 약하다.
또한, 실시예 1, 실시예 2, 비교예 2에서 얻어진 보상 광학소자에 비해 비교예 1에서 얻어진 보상 광학소자가 두께 방향 위상차가 현저히 떨어지는 이유는 비교예 1에서 얻어진 보상 광학소자는 두께 방향 위상차는 고려하지 않고, 면 방향 위상차만을 고려한 A플레이트를 사용했기 때문에 두께 방향 위상차가 나머지 보상 광학소자에 비해 현저히 떨어지는 것이다. 그리고 두께 방향 위상차 값은 실시예 2에서 얻어진 보상 광학소자가 실시예 1에서 얻어진 보상 광학소자 보다 크고, 실시예 1에서 얻어진 보상 광학소자가 비교예 2에서 얻어진 보상 광학소자 보다 크다. 실시예 1, 실시예 2에서 얻어진 보상 광학소자가 비교예 2 보다 두께 방향 위상차가 크다는 것은 보다 큰 범위의 두께 방향의 위상차를 보상할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 실시예 2에서 얻어진 보상 광학소자가 실시예 1에서 얻어진 보상 광학소자 보다 두께 방향 위상차가 더 큰 것은 액정층의 두께를 실시예 1 보다 두껍게 형성했기 때문이다.
도 2 내지 도 5는 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1, 비교예 2에서 얻어진 보상 광학소자의 입사각에 따른 위상차 변화를 나타내는 그래프이다. 이에 도시된 바와 같이, 4기지 그래프 모두 좌우 대칭형태를 띠는 것을 알 수 있다. 이는 좌우 양측에서 같은 정도로 시야각을 개선할 수 있음을 의미한다.
또한, 도 6, 도 7은 실시예 1, 실시예 2에서 얻어진 보상 광학소자의 전방위에 따른 위상차를 나타낸다. 상기 그래프에서 나타나는 위상차는 VA용 액정에서 지연되는 위상차와 반대되는 값이다. 즉, VA용 액정에서 나타나는 위상차와 반대되는 위상차를 가진 보상필름이 부착된 광학소자를 사용함으로써, 시야각을 보다 개선시킬 수 있는 것이다.
이상, 본 발명을 구성을 중심으로 실시예와 비교예를 참조하여 상세하게 설명하였다. 그러나 본 발명의 권리범위는 상기 실시예에 한정되는 것은 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 가능한 다양한 변형 가능한 범위까지 본 발명의 청구 범위 기저의 범위 내에 있는 것으로 본다.
또한, 본 발명에서의 바람직한 범위, 더욱 바람직한 범위, 더더욱 바람직한 범위 한정은 그 효과를 더욱 극대화시키기 위한 것으로서, 한정 범위가 좁혀짐으로써 더욱 만족스러운 기술적 효과를 얻을 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 네마틱 액정을 이용한 VA용 보상 광학소자의 제조방법 및 이를 이용한 VA용 광학소자는 스핀 코팅(spin-coating) 방식에 의하여 소정크기로 절단된 편광필름에 부착된 biaxial 필름(nx≠ny≠nz) 위에 배향막과 네마틱 액정을 코팅함으로써, VA-LCD(Vertical Aligned Liquid Crystal Display)의 암상태(Black state) 보상을 극대화할 수 있는 보상필름의 제조방법으로 박형으로 제작이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 스핀 코팅방식을 이용한 제조공정은 연신법에 제조공정 보다 박막으로 제조가능하고, 제조공정이 간단하기에 수율을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
Claims (11)
- (a) 배향막 수지와 경화제를 포함하여 구성된 배향막 코팅 조성물을 용매에 혼합한 배향막 코팅용액 100중량%에 있어서,ⅰ) 상기 배향막 수지는 10중량% 내지 45중량%ⅱ) 상기 경화제는 0.1중량% 내지 10중량%로 혼합한 배향막 코팅용액을 회전속도는 50rpm 내지 5,000rpm로, 회전시간은 10초 내지 500초로 하는 연속 회전식 코팅기를 이용하여 편광필름에 부착된 A플레이트 위에 스핀 코팅한 후, 건조 및 자외선 경화하여 배향막을 형성하는 배향막 형성단계;(b) 상기 단계에서 형성된 배향막을 수평방향으로 러빙 처리하는 러빙단계; 및(c) 상기 러빙 처리된 배향막 위에 5중량% 내지 50중량%로 네마틱 액정이 혼합된 액정 코팅용액을 회전속도는 50rpm 내지 6,000rpm로, 회전시간은 10초 내지 600초로 하는 연속 회전식 코팅기를 이용하여 스핀 코팅한 후, 건조 및 자외선 경화하여 액정층을 형성하는 액정층 형성단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 네마틱 액정을 이용한 VA용 보상 광학소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 A플레이트는 폴리카보네이트 필름, 씨클로 올레핀 계열의 필름, 폴리메틸메타 아크릴레이트 필름 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 네마틱 액정을 이 용한 VA용 보상 광학소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 (a)단계에서 배향막 수지는 불포화 폴리에스테르 수지, 다관능 아크릴레이트 수지, 다관능 메타아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴 수지, 에폭시 아크릴레이트 수지 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 네마틱 액정을 이용한 VA용 보상 광학소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 (c)단계에서 네마틱 액정은 액정성 고분자에 광학활성 성분을 첨가한 경화형 네마틱 액정성 고분자를 사용하되, 상기 광학활성의 함량은 상기 네마틱 액정성 고분자 100중량부에 대하여 5중량부 내지 15중량부인 것을 특징으로 하는 네마틱 액정을 이용한 VA용 보상 광학소자의 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 네마틱 액정성 고분자는 폴리아크릴레이트, 폴리메타아크릴레이트, 폴리말로네이트, 폴리실록산, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리에스테르아미드, 폴리카보네이트, 폴리펩티드, 셀룰로스 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 네마틱 액정을 이용한 VA용 보상 광학소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 (a)단계의 상기 배향막 코팅용액의 점도는 1cps 내지 500cps인 것을 특징으로 하는 네마틱 액정을 이용한 VA용 보상 광학소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 (c)단계의 상기 액정 코팅용액의 점도는 1cps 내지 600cps인 것을 특징으로 하는 네마틱 액정을 이용한 VA용 보상 광학소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 (a)단계에서 형성된 배향막은 그 두께가 0.01㎛ 내지 5㎛로 코팅되는 것을 특징으로 하는 네마틱 액정을 이용한 VA용 보상 광학소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 (c)단계에서 형성된 액정층은 그 두께가 0.01㎛ 내지 40㎛로 코팅되는 것을 특징으로 하는 네마틱 액정을 이용한 VA용 보상 광학소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 (c)단계에서 사용되는 용매는 클로로폼, 디클로로에탄, 테트라클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 테트라클로로에틸렌, O-디클로로벤젠의 할로겐화 탄화수소, 이들과 페놀류와의 혼합용매, 켄톤류, 에테르류, 디메틸폼아미드, 디메틸아세트아미드, 디메틸설폭시드, N-메틸필롤리돈, 설폴란, 씨클로헥사논, 자일렌, 톨루엔 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 네마틱 액정을 이용한 VA용 보상 광학소자의 제조방법.
- 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 네마틱 액정을 이용한 VA용 보상필름의 제조방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 네마틱 액정을 이용한 VA용 보상 광학소자.
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