KR101388366B1

KR101388366B1 - 투명 필름, 편광판, 및 액정 표시 장치

Info

Publication number: KR101388366B1
Application number: KR1020070116437A
Authority: KR
Inventors: 유키토 사이토
Original assignee: 후지필름 가부시키가이샤
Priority date: 2006-11-16
Filing date: 2007-11-15
Publication date: 2014-04-22
Anticipated expiration: 2027-11-15
Also published as: JP2008146020A; JP5049705B2; TW200827857A; KR20080044778A; TWI408457B

Abstract

과제

파장 의존성 및 시야각 의존성의 쌍방의 경감에 기여하는 신규한 투명 필름을 제공한다.

해결 수단

필름면의 법선 방향에 있어서, Nz 치가 0 ∼ 1 로 단조 증가 또는 단조 감소하고 있는 영역을 포함하고, 또한 면내 리타데이션 Re 가 510 ∼ 610㎚ 인 투명 필름이다.

단, Nz ＝ 0.5 ＋ Rth (550)/Re (550) 이고, 식 중 Rth (550) 및 Re (550) 는 각각 파장 550㎚ 에 있어서의, 두께 방향의 리타데이션 및 면내 리타데이션이다.

필름면, 법선 방향, 단조 증가, 단조 감소, 면내 리타데이션

Description

투명 필름, 편광판, 및 액정 표시 장치{TRANSPARENT FILM, POLARIZING PLATE, AND LIQUID CRYSTAL DISPALY DEVICE}

본 발명은, 액정 표시 장치의 광학 보상 필름, 편광판의 보호 필름 등으로서 사용되는 신규한 투명 필름, 그리고 이 투명 필름을 이용한, 편광판 및 액정 표시 장치에 관한 것이다.

투과형 액정 표시 장치는, 액정셀과 그 양측에 한 쌍의 편광자를 갖는다. 이 한 쌍의 편광자는, 서로의 투과축을 직교로 하여, 이른바 직교 편광자로서 배치되는 것이 일반적이다. 그러나, 직교 편광자는, 그 표면에 대하여 법선 방향의 입사광에 대해서는 직교 편광자로서 기능할 수 있는데, 법선 방향으로부터 기울어진 경사 방향으로부터의 입사광에 대해서는 투과축의 교차각이 직각으로부터 어긋나 있기 때문에 직교 편광자로서 기능할 수 없다. 이것이 투과형 액정 표시 장치에 있어서 경사 방향의 광 누설을 발생시키고, 시야각에 의존한 콘트라스트의 저하 및 색미 (色味) 변화라는 시야각 특성 저하의 원인이 되고 있다.

그런데, 폴리비닐알코올 필름 등으로 이루어지는 편광자는, 단독 부재로서 액정 표시 장치에 사용되는 것은 아니고, 그 양면에 편광자를 보호하는 보호 필름 이 부착된 편광판으로서 액정 표시 장치 내에 장착되는 것이 일반적이다. 그래서, 이러한 보호 필름에 소정의 광학 특성을 갖게 함으로써 광 (廣) 시야각화가 시도되고 있다. 그 일례로서, 「편광자에, 면내 위상차 ＝ 250 ∼ 300㎚, Nz ＝ 0.1 ∼ 0.4 가 되는 복굴절 특성을 갖는 이축성 위상차판을 겹쳐 이루어지는 광시야각 편광판」, 및 「편광자에, 면내 위상차 ＝ 250 ∼ 300㎚, Nz ＝ 0.6 ∼ 1.1 이 되는 복굴절 특성을 갖는 이축성 위상차판을 겹쳐 이루어지는 광시야각 편광판」이 제안되어 있다 (특허 문헌 1). 특허 문헌 1 의 실시예에서는, 이러한 광시야각 편광판 2 장을 직교 배치로 액정셀의 양측에 배치한 투과형 액정 표시 장치에 대하여 광시야각화된 것이 나타나 있다.

특허 문헌 1 에 기재된 편광판의 광시야각화 기술에서는, 입사광을 상기 소정의 복굴절성을 갖는 이축성의 위상차판에 2 회 통과시킬 필요가 있다. 그 때문에, 액정 표시 장치의 설계상의 제약이 있거나, 또는 소정의 광학 특성의 위상차판을 서로의 광축의 위치 관계를 정밀하게 제어하여 2 장 적층하는 번잡한 공정이 필요해지는 등, 생산성의 관점에서 바람직하지 않다.

한편, 입사광을 1 장의 위상차판에 통과시키는 것만으로, 편광자의 시야각 의존성을 보상하고자 하는 시도도 있는데, 이러한 경우에는 파장 의존성의 문제가 발생한다. 이는 편광판의 보호 필름으로서 통상 사용되고 있는 트리아세틸아세테이트 필름 등의 리타데이션이 파장 의존성을 나타내는 것에 기인하는 것이다. 예를 들어, 가시광 파장역 400 ∼ 700㎚ 의 중앙인 파장 550㎚ (G) 의 입사광에 대하여, 보호 필름을 통과함으로써 소광점 (消光点) 으로 변환하도록 보호 필름의 광학 특성을 조정하여도, 450㎚ (B) 및 650㎚ (R) 의 입사광에 대해서는 소광점으로부터 어긋난 편광 상태로 변환되고, 결과적으로 시야각에 의존한 색미 변화나 콘트라스트의 저하를 발생시키게 된다.

[특허 문헌 1] 일본 공개특허공보 2001-350022호

본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 상기 문제점이 해결된, 전체 가시광역에 대응 가능한 광대역이며 또한 광시야각인 신규한 편광판을 제공하는 것을 과제로 한다.

또, 본 발명은 이러한 편광판의 보호 필름으로서, 또 액정 표시 장치의 광학 보상 필름으로서, 파장 의존성 및 시야각 의존성의 쌍방의 경감에 기여하는 신규한 투명 필름을 제공하는 것을 과제로 한다.

또, 본 발명은 시야각에 의존한 콘트라스트의 저하 및 색미 변화가 경감된, 시야각 특성이 양호한 액정 표시 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단은 이하와 같다.

[1] 필름면의 법선 방향에 있어서, Nz 치가 0 ∼ 1 로 단조 증가 또는 단조 감소하고 있는 영역을 포함하고, 또한 파장 550㎚ 에 있어서의 면내 리타데이션 Re 가 510 ∼ 610㎚ 인, 투명 필름 :

[2] 셀룰로오스아실레이트를 주성분으로서 함유하는 [1] 의 투명 필름.

[3] 지환식 구조 함유 중합체 수지를 주성분으로서 함유하는 [1] 의 투명 필 름.

[4] 면내에 광학 이방성을 갖고, 필름면의 법선 방향의 Circular Retardance (CRE1) 가 대략 0 이며, 필름면의 법선 방향으로부터 극각 (極角) 60 도이고, 또한 필름면 내의 지상축을 방위각 0 도로 하였을 때에 방위각이 45 도, 135 도, 225 도, 및 315 도의 4 개 방향에서 입사된 광선에 있어서의 Circular Retardance (CRE2) 의 절대치가 대략 동등하며, 또한 0 이 아닌 것을 특징으로 하는 투명 필름.

[5] 상기 CRE2 의 절대치가 32 ∼ 38㎚ 인 [4] 의 투명 필름.

[6] Nz 치가 서로 상이한 2 이상의 층으로 이루어지는 다층 구조를 갖는 [1] 의 투명 필름.

[7] 폴리머 필름과, 그 양면에 각각 동일 또는 상이한 액정 조성물로 이루어지는 광학 이방성층을 적어도 1 층씩 갖는 [6] 의 투명 필름.

[8] 편광막, 및 [1] ∼ [7] 중 어느 하나의 투명 필름을 갖는 편광판.

[9] 액정셀, 및 [8] 의 편광판을 갖는 액정 표시 장치.

[10] 액정셀, 및 적어도 하나의 편광막을 갖는 액정 표시 장치로서, 상기 편광막과 상기 액정셀 사이에 [1] ∼ [7] 중 어느 하나의 투명 필름을 갖는 액정 표시 장치.

본 발명에 의하면, 광대역이며 또한 광시야각인 신규한 편광판을 제공할 수 있다. 또 본 발명에 의하면, 이러한 편광판의 보호 필름으로서, 또 액정 표시 장치의 광학 보상 필름으로서, 파장 의존성 및 시야각 의존성의 쌍방의 경감에 기여하는 신규한 투명 필름을 제공할 수 있다. 또 본 발명에 의하면, 시야각에 의존한 콘트라스트의 저하 및 색미 변화가 경감된, 시야각 특성이 양호한 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 또한, 본 명세서에 있어서 「∼」 란, 그 전후에 기재되는 수치를 하한치 및 상한치로서 포함하는 의미로 사용된다. 또, 실질적으로 직교 혹은 평행이란 엄밀한 각도 ± 10°의 범위를 의미한다.

또, 본 명세서에 있어서, Re (λ), Rth (λ) 는 각각, 파장 λ 에 있어서의 면내의 리타데이션 및 두께 방향의 리타데이션을 나타낸다. Re (λ) 는 KOBRA 21ADH 또는 WR (오우지 계측 기기 (주) 제조) 에 있어서 파장 λ㎚ 의 광을 필름 법선 방향으로 입사시켜 측정된다.

측정되는 필름이 1 축 또는 2 축의 굴절률 타원체로 표시되는 것인 경우에는, 이하의 방법에 의해 Rth (λ) 는 산출된다.

Rth (λ) 는 상기 Re (λ) 를, 면내의 지상축 (KOBRA 21ADH 또는 WR 에 의해 판단된다) 을 경사축 (회전축) 으로 하는 (지상축이 없는 경우에는 필름면 내의 임의의 방향을 회전축으로 한다) 필름 법선 방향에 대하여 법선 방향으로부터 편측 50 도까지 10 도 단계로 각각 그 경사진 방향으로부터 파장 λ㎚ 의 광을 입사시켜 전부 6 점 측정하고, 그 측정된 리타데이션치와 평균 굴절률의 가정치 및 입력된 막두께치를 기본으로 KOBRA 21ADH 또는 WR 이 산출된다.

상기에 있어서, 법선 방향으로부터 면내의 지상축을 회전축으로 하고, 어느 경사 각도에 리타데이션의 값이 제로가 되는 방향을 갖는 필름의 경우에는, 그 경사 각도보다 큰 경사 각도에서의 리타데이션치는 그 부호를 음 (負) 으로 변경한 후, KOBRA 21ADH 또는 WR 이 산출된다.

또한, 지상축을 경사축 (회전축) 으로 하고 (지상축이 없는 경우에는 필름면 내의 임의의 방향을 회전축으로 한다), 임의의 경사진 2 개 방향으로부터 리타데이션치를 측정하고, 그 값과 평균 굴절률의 가정치 및 입력된 막두께치를 기본으로, 이하의 식 (21) 및 식 (22) 로부터 Rth 를 산출할 수도 있다.

식 중, 상기한 Re (θ) 는 법선 방향으로부터 각도 θ 경사진 방향에 있어서의 리타데이션치를 나타낸다.

또, 식 중, nx 는 면내에 있어서의 지상축 방향의 굴절률을 나타내고, ny 는 면내에 있어서 nx 에 직교하는 방향의 굴절률을 나타내며, nz 는 nx 및 ny 에 직교하는 방향의 굴절률을 나타내고, d 는 막두께를 나타낸다.

측정되는 필름이 1 축이나 2 축의 굴절률 타원체로 표현할 수 없는 것, 이른바 광학축 (optic axis) 이 없는 필름의 경우에는, 이하의 방법에 의해 Rth (λ) 는 산출된다.

Rth (λ) 는 상기 Re (λ) 를, 면내의 지상축 (KOBRA 21ADH 또는 WR 에 의해 판단된다) 을 경사축 (회전축) 으로서 필름 법선 방향에 대하여 －50 도 부터 ＋50 도까지 10 도 단계로 각각 그 경사진 방향으로부터 파장 λ㎚ 의 광을 입사시켜 11 점 측정하고, 그 측정된 리타데이션치와 평균 굴절률의 가정치 및 입력된 막두께치를 기본으로 KOBRA 21ADH 또는 WR 이 산출된다.

상기의 측정에 있어서, 평균 굴절률의 가정치는 폴리머 핸드북 (JOHN WILEY ＆ SONS, INC), 각종 광학 필름의 카탈로그의 값을 사용할 수 있다. 평균 굴절률의 값이 주지되어 있지 않은 것에 대해서는 아베 굴절계로 측정할 수 있다. 주된 광학 필름의 평균 굴절률의 값을 이하에 예시한다 :

셀룰로오스아실레이트 (1.48), 시클로올레핀폴리머 (1.52), 폴리카보네이트 (1.59), 폴리메틸메타크릴레이트 (1.49), 폴리스티렌 (1.59) 이다. 이들 평균 굴절률의 가정치와 막두께를 입력함으로써, KOBRA 21ADH 또는 WR 은 nx, ny, nz 를 산출한다. 이 산출된 nx, ny, nz 로부터 Nz ＝ (nx － nz) / (nx － ny) 가 추가로 산출된다.

또한, 본 명세서에 있어서, 광학 특성 등을 나타내는 수치나 수치 범위에 대해서는, 액정 표시 장치나 그에 사용되는 부재에 대하여 일반적으로 허용되는 오차를 포함하는 수치 또는 수치 범위로 해석되는 것으로 한다.

본 발명은 필름면의 법선 방향에 있어서 Nz 치가 0 ∼ 1 로 단조 증가 또는 단조 감소하고 있는 영역을 포함하고, 또한 파장 550㎚ 에 있어서의 면내 리타데이 션 Re 가 510 ∼ 61O㎚ 인 투명 필름에 관한 것이다. 본 발명의 투명 필름은 편광자와 조합되어 편광자와 액정셀 사이에 배치됨으로써, 액정 표시 장치의 경사 방향에 있어서의 콘트라스트의 저하 및 색미 변화의 경감에 기여하는 것이다. 또한, 「필름면의 법선 방향 (필름의 두께 방향) 에 있어서 Nz 치가 0 ∼ 1 로 단조 증가 또는 단조 감소하고 있는 영역을 포함한다」 는 것에 대해서는, 문헌 : Y.Takahashi, H. Watanabe and T.Kato, “Depth-Dependent Determination of Molecular Orientation for WV-Film”, IDW′04 (2004) p.651 에 서술되어 있는 바와 같은 방법으로 확인할 수 있다. 구체적으로는, 필름의 두께 방향으로 균등하게 5 개의 점 중 P2 의 x, y 및 z 성분을 측정하고, 그리고 산출되는 nx, ny 및 nz 를 사용하여 구한 Nz 의 값이 0 ∼ 1 의 범위에서 변화하고 있는 것, 예를 들어 5 개의 점 각각에 대하여 Nz 치가 대략 0, 0.25, 0.5, 0.75, 1 과 같이 변화하고 있는 것을 의미한다. 또, 필름의 Nz 의 「단조 증가 및 단조 감소」에 대해서는, 그 증가율 및 감소율이 변동하고 있어도 되고, 또 증감하지 않는 범위가 있어도 되는데, 단조 증가에는 적어도 감소하는 범위는 없고, 또 단조 감소에는 적어도 증가하는 범위는 없는 것으로 한다. 바람직하게는 증가율이 일정한 단조 증가, 또는 감소율이 일정한 단조 감소이다.

본 발명의 투명 필름의 일 양태로서, Nz 치가 서로 상이한 2 이상의 층으로 이루어지는 다층 구조를 갖는 투명 필름을 들 수 있다. 보다 구체적으로는 폴리머 필름과, 그 양면에 각각 동일 또는 상이한 액정 조성물로 이루어지는 광학 이방성층을 적어도 1 층씩 갖고, 일방의 광학 이방성층의 Nz 가 0, 폴리머 필름의 Nz 가 0.5, 타방의 광학 이방성층의 Nz 가 1.0 인 투명 필름도 본 발명의 일 양태이다. 폴리머 필름의 일방의 면 상에 각각 Nz 가 서로 상이한 광학 이방성층을 복수 형성하는 것, 및/또는 지지하고 있는 폴리머 필름에 대해서도 Nz 가 서로 상이한 폴리머 필름의 다층 구조체로 하면, Nz 가 0 ∼ 1 의 범위에서 미소한 변화율로 단조 증가 (또는 단조 감소) 하는 투명 필름을 제조할 수 있다.

본 발명의 투명 필름을 갖는 편광판의 일례를 도 1 에 나타낸다. 도 1 의 편광판 (10) 은 요오드 등에 의해 염색된 폴리비닐알코올 (PVA) 필름 등으로 이루어지는 편광자 (12), 및 그 표면에 셀룰로오스아실레이트 필름 등으로 이루어지는 보호 필름 (14 및 16) 을 갖는다. 보호 필름 (16) 은 본 발명의 투명 필름으로서, 상기 소정의 광학 특성을 만족한다. 편광판 (10) 을 액정 표시 장치에 장착하는 경우에는, 그 밖의 편광판과 함께 액정셀을 사이에 두고, 또한 본 발명의 투명 필름인 보호 필름 (16) 을 액정셀측으로 하여 편광판의 서로의 흡수축을 직교로 하여 배치한다.

또한, 본 발명의 투명 필름은 반드시 편광자의 보호 필름으로서 편광자의 표면에 직접 부착할 필요는 없다. 예를 들어, 본 발명의 투명 필름은 광학 보상 필름으로서 편광자와 액정셀 사이에 배치해도 된다. 편광자와 본 발명의 투명 필름 사이에 편광자의 보호 필름이 배치되어 있는 경우에는, 이 보호 필름은 위상차가 없는 등방성의 필름인 것이 바람직하다.

다음으로, 도면을 참조하여 본 발명의 투명 필름 및 편광판의 작용에 대하여 설명한다. 도 2 ∼ 도 5 는 각각 푸앵카레 구 (poincare sphere) 를 S2 축의 양 (正) 의 방향에서 본 도면이다. 푸앵카레 구는 편광 상태를 기술하는 삼차원 맵으로, 구의 적도 상은, 타원율이 0 인 직선 편광의 편광 상태를 나타내고 있다. 도 2 중의 점 P 는, 경사 방향으로부터 입사한 광이 편광자를 통과하여 직선 편광이 된, 그 편광 상태를 나타내고 있다. 편광 상태점 P 가 S1 축 상의 소광점인 편광 상태점 Q 로 변환되면, 직교 편광자의 시야각 의존성은 해소된다. 따라서, 편광자의 액정셀측에 배치된 보호 필름을 통과함으로써, 편광 상태가 점 P 로부터 점 Q 로 변환되도록 보호 필름의 복굴절성을 조정하면 된다. 위상차 영역을 통과함으로 인한 편광 상태의 변화는 푸앵카레 구 상에서는, 광학 특성에 따라 결정되는 특정한 축의 주위로, 특정 각도 회전시킴으로써 표시된다. 편광 상태점 P 로부터 편광 상태점 Q 로의 변환의 일례로는, 도 3 에 나타내는 대로, 보호 필름으로서 1/2 파장판을 사용하고, S2 축을 회전축으로 하여 π 만큼 회전함에 따른 변환이 있다. 또한, 회전 각도는 통과한 위상차 영역의 위상차에 비례하고, 또한 입사광의 파장의 역수에 비례한다.

그런데, 셀룰로오스아실레이트 필름 등, 보호 필름으로서 사용되고 있는 필름의 상당수는, 그 굴절률 (n) 이 입사광의 파장에 대하여 동일하지 않고, 통상 장파장이 될수록 작아지는 경향이 있으므로, 그 결과 위상차에 대해서도 입사광이 장파장일수록 작아지는 파장 의존성이 있다. 이러한 굴절률의 파장 의존성의 영향에 더하여, 상기한 대로, 회전 각도가 λ 의 역수에 비례하기 때문에, 푸앵카레 구 상에서 표시되는 편광 상태의 천이는 장파장의 광만큼 회전 각도가 작아진다. 그 때문에, 1 장의 위상차판에 의해, 도 3 에 나타내는 편광 상태의 변환을, R 광 (650㎚), G 광 (550㎚), 및 B 광 (450㎚) 중 어느 하나에 대해서도 실시하는 것은 곤란하고, 예를 들어, 중심 파장의 G 광 (550㎚) 에 대하여, 소광점으로의 변환을 가능하게 하는 보호 필름을 사용해도, 도 4 에 나타내는 대로, R 광 및 B 광에 대해서는 소광점으로부터의 어긋남이 발생한다.

그래서, 본 발명에서는 도 3 에 나타낸 바와 같은, 필름의 복굴절성만을 이용한 편광 상태의 변환이 아니라, 필름의 복굴절성과 함께 선광성 (旋光性) 을 이용하여 편광 상태를 변환함으로써 상기 파장 의존성을 경감시키고 있다. 본 발명의 투명 필름은, 필름면의 법선 방향에 있어서 Nz 치가 0 ∼ 1 로 단조 증가 또는 단조 감소하고 있는 영역을 포함한다. 이러한 영역은 예를 들어, 극미소한 막두께의 층이 무한대의 수만큼 적층된 적층체이며, 인접하는 층 사이에서 Nz 가 극미소만큼 증감하고 있는 적층체로서 근사 (近似) 시킬 수 있다. 입사측의 최표층의 Nz ＝ 1, 출사측의 최표층의 Nz ＝ 0 으로 하여, 이 가상 적층체에 입사한 광의 편광 상태의 변환을 나타내면, 먼저 제 1 층 L_Nz _＝ o 에서 직선 편광은 이 층의 복굴절성의 영향을 받는데, 그 때의 변환의 궤적은 점 P 에 있어서의 S2 축과 평행한 축을 회전축으로 하는 회전으로서 표시된다. 제 2 층에서는 Nz 가 미소 감소하고 있으므로, 회전축은 S1 축 상에 있어서 점 P 로부터 S1 ＝ 0 의 방향으로 미소하게 어긋난 점에 있어서의 S2 축과 평행한 축이 된다. 제 3, 제 4 층 … 이 됨에 따라, Nz 는 감소하고 회전축은 S1 ＝ 0 의 방향으로 이동하며, Nz = 0.5 의 층 L_Nz _＝ _0. ₅ 에서는 회전축은 S2 축이 된다. 마지막으로, 출사측의 최표층 L_Nz _＝ ₁ 에서는, 회전축은 소광점 Q 에 있어서의 S2 축과 평행한 축이 된다.

그 사이의 편광 상태의 변환의 궤적을 인접하는 층 사이의 Nz 의 증감 ΔNz 에 대하여, ΔNz → 0 으로서 근사시키면, 도 5 와 같이 나타낼 수 있다. 도 5 중에 나타낸 편광 상태의 변환의 궤적은, 도 5 중 파선으로 나타낸, 이른바 선광성을 나타내는 롤링 콘이, 그 중심을 S1 축 상의 점 P 로부터 S1 ＝ 0 의 방향으로, 추가로 음의 방향으로 이동시키면서 일회전하여 소광점 Q 에 이르는 것과 동일한 궤적을 따르고 있다. 굴절률의 파장 분산성은, 선광성을 나타내는 롤링 콘의 회전에도 영향을 미치는데, 도 4 에 나타낸 복굴절성만을 이용한 회전과 비교하여, 편광 상태가 소광점 Q 에 이르렀을 때의 R 광, G 광 및 B 광의 분리가 작아져 파장 분산성을 경감시킬 수 있다. 또한, 투명 필름의 Re (면내 리타데이션의 총합) 는 푸앵카레 구 상의 움직임으로서, 롤링 콘을 360°회전시키기 위하여 필요해지고 560㎚ 정도 필요해진다. 실제로는 510 ∼ 610㎚ 의 범위에서 종래예에 대하여 효과가 있다.

본 발명의 투명 필름을 다른 관점에서 표현하면, 필름의 법선 방향의 입사광에 대해서는 선광성을 발생시키지 않는데, 경사 방향의 입사광에 대해서는 선광성을 발생시키는 필름으로서 표현할 수 있다. 보다 구체적으로는, 본 발명의 투명 필름은 그 밖의 관점에서, 필름면의 법선 방향으로부터 입사한 광에 대하여 측정된 Circular Retardance (CRE1) 가 대략 0 이고, 필름면에 대하여 서로 상이한 복수의 경사 방향으로부터 입사한 광에 대하여 측정된 CRE2 의 절대치가 대략 동등 하며, 또한 0 이 아닌 것을 특징으로 하는 투명 필름으로 표현할 수 있다. 여기서, 필름면에 대하여 서로 상이한 복수의 경사 방향은, 예를 들어 필름면의 법선 방향으로부터 극각 60 도이고, 또한 필름면 내의 지상축을 방위각 0 도로 하였을 때에 방위각이 45 도, 135 도, 225 도, 및 315 도의 4 개 방향으로서 정의할 수 있다. 여기서, 이 4 개 방향으로부터 입사하였을 때의 CRE2 의 절대치가 대략 동등하다고 하는 것은, 지상축 방향이 단순하게 비틀려 있는 필름으로는 만족할 수 없고, 이러한 필름과 본 발명의 투명 필름은 분명히 상이하다. 본 발명의 투명 필름은, 두께 방향으로 Nz 가 상이한 분포로 되어 있고, 그 결과 필름면 내의 지상축을 방위각 0 도로 하였을 때에 방위각이 45 도, 135 도, 225 도, 및 315 도의 4 개 방향에서는 부호는 상이하지만 절대치가 동일하게 되어 있다. 상기 4 개 방향으로부터 입사한 광에 대한 CRE2 의 절대치는 각각 32 ∼ 38㎚ 인 것이 바람직하다. 또한, 대략 동등하다란, 완전하게 동일하거나 또는 값의 차가 5㎚ 이하인 것을 말하는 것으로 한다.

필름의 CRE (CRE1 및 CRE2) 는, 예를 들어 Axometrics 사의 뮬러매트릭스 폴라리미터 “AxoScan” 에 의해 측정할 수 있다. 또, CRE 의 상세한 사항에 대해서는, 문헌 : S. Y. Lu and R. A. Chipman, J. Opt Soc. Am A. 13 (1996) 1106. 에 기재되어 있다.

본 발명의 투명 필름의 원료에 대해서는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 연신 복굴절 폴리머 필름이어도 되고, 액정성 화합물을 특정한 배향 상태에 고정시킴으로써 형성된 광학 이방성층이어도 된다. 또, 투명 필름은 단층 구조 로 한정되는 것이 아니고, 복수의 층을 적층한 다층 구조를 갖고 있어도 된다. 다층 구조의 양태에서는, 각 층의 소재는 동종이어도 되고 이종이어도 된다. 예를 들어, 폴리머 필름과 액정 조성물로 이루어지는 광학 이방성층의 적층체이어도 된다. 다층 구조의 양태에서는, 두께를 고려하면 고분자의 연신 필름의 적층체보다, 도포에 의해 형성된 층을 포함하는 도포형의 층을 포함하는 다층체가 바람직하다.

사용하는 원료, 그 배합량, 제조 조건 등을 선택하고 이들 값을 원하는 범위로 조정함으로써, Nz 치가 상기 조건을 만족하는 투명 필름으로서 제조할 수 있다. 구체적으로는, 파장 분산이 상이한 2 종류 이상의 폴리머 (예를 들어, 서로 주쇄 방향의 흡수 파장이 상이한 복수종의 폴리머) 를 혼합한다 ; 자외역 또는 적외역에 흡수가 있는 첨가제를 첨가하여 가시광의 파장 분산을 제어한다 ; 자외역 또는 적외역에 흡수가 있는 첨가제이고, 구조적으로 필름의 두께 방향, 연신 방향 또는 비연신 방향으로 배향하는 것을 필름 중에 첨가한다 : 도포 또는 부착에 의해 폴리머층의 다층체 (예를 들어, 서로 복굴절률이 상이한 폴리머층의 다층체) 로 한다 ; 필름 제조 공정에서 두께 방향으로 불균일한 온도 분포 또는 자외선의 강도 분포를 부여함으로써 배향성 또는 재료의 균일성을 제어한다 ; 등에 의해, 본 발명의 투명 필름을 제조할 수 있다. 본 발명의 투명 필름의 제조에 사용하는 재료로는, 특별히 제한되는 것은 없고, 셀룰로오스아실레이트 및 지환식 구조 함유 중합체 수지 (노르보르넨계 폴리머 등) 를 주성분으로서 사용하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명은 본 발명의 투명 필름을 갖는 편광판에도 관한 것이다. 본 발명의 편광판은 편광자의 일방의 보호 필름으로서, 즉 편광자의 표면에 접촉하여 본 발명의 투명 필름이 부착되어 있는 것이 바람직하다. 본 발명의 편광판을 액정 표시 장치에 장착하는 경우에는, 본 발명의 투명 필름을 액정셀측으로 하여 배치하는 것이 바람직하다.

편광판의 특성에 대해서는, 이색성 (diattenuation; 디어테뉴에이션) 벡터 D 나 편광능 (polarizance; 폴라리잰스) 벡터 P 로 기술할 수 있다.

이색성 (디어테뉴에이션) 벡터 D 란, 푸앵카레 구 상에 있어서 투과광량이 최대가 되는 편광 상태를 나타내고, 편광능 (폴라리잰스) 벡터 P 란, 푸앵카레 구 상에 있어서 무편광을 입사했을 때의 출사 편광 상태를 나타낸다. 이색성 벡터 D ＝ (Dh, D45, Dr), 편광능 벡터 P ＝ (Ph, P45, Pr) 로 표시되는 벡터이다. 계측기로서, 듀얼 로테이트 리타더 방식의 편광 측정기를 사용하면 편광막과, 복굴절성의 폴리머 필름의 적층체의 D 및 P 를 측정할 수 있기 때문에 바람직하다. 듀얼 로테이트 리타더 방식의 편광 측정기는 측정 헤드가 편파를 만들어 내는 편광 제너레이터와, 편파를 검출하는 편광 애널라이저를 포함하고, 쌍방의 헤드가 고속 회전하는 파장판과 편광자로 구성되어 있는 편광 측정기이다. 시판품으로서, Axometrics 사의 뮬러매트릭스 폴라리미터가 있고, 이를 사용할 수 있다.

또, 이색성 벡터 및 편광능 벡터를, 각각 벡터의 크기를 1 로 규격화하여 단위 벡터화한, 규격화 이색성 벡터 D′＝ (Dh′, D45′, Dr′) 및 규격화 편광능 벡터 P′＝ (Ph′, P45′, Pr′) 로 기술할 수도 있다. 이들의 상세한 사항에 대해서는, Y.Ootani : O plus E 29p.20 (2007) 및 S-Y.Lu and R.A.Chipman : J.Opt.Soc.Am.A 13p.1106 (1996) 에 기재되어 있다.

본 발명의 편광판은, P′로 그 특성을 기술한 경우에는, 편광판의 P45′의 절대치 │P45′│ 가 0.9 이상, 바람직하게는 0.99 이상 정도를 나타내는 광시야각 편광판이다.

본 발명의 투명 필름 또는 편광판은 여러 가지 모드의 액정 표시 장치에 사용할 수 있다. 예를 들어, IPS 모드, VA 모드, TN 모드, OCB 모드 등의 여러 가지 모드의 액정 표시 장치에 사용할 수 있다.

본 발명의 투명 필름의 몇몇 예에 대하여, 실제로 그 효과를 확인한 결과를 이하의 표에 나타낸다.

비교예는, 필름의 두께 방향에 있어서 Nz 치가 0.5 로 균일한 필름이고, 본 발명과 비교하기 위하여 나타낸 예이다. 예 1 ∼ 6 은 모두, 두께 방향으로 Nz 치가 0 ∼ 1 로 변화하는 필름이고, 또한 면내 리타데이션 Re 가 510 ∼ 610㎚ 를 만족하는, 본 발명의 투명 필름의 예이다. 또한, 예 1 ∼ 6 은 모두, CRE1 이 0 이고, 또한 4 개 방향에서 입사한 광에 대하여 측정된 CRE2 가 0 이 아니며 또한 동일한 것을 표 중의 값으로부터 이해할 수 있다.

예 1 ∼ 6 은 모두, 비교예와 비교하여 흑상태 (黑狀態) 의 투과율 (％) 이 낮고, 콘트라스트가 개선되어 있는 것을 이해할 수 있다.

동일하게 투명 필름에 편광막을 적층시킨 상태, 즉 편광판의 형태에서 필름면의 법선 방향으로부터 극각 60 도이고, 또한 필름면 내의 지상축을 방위각 0 도로 하였을 때에 방위각이 45 도의 방향에서 법선을 입사하고, 및 상기 투명 필름을 편광막의 출사측에 위치시켜 규격화 편광능 벡터 P′＝ (Ph′, P45′, Pr′) 를 계측하였다. P′는 단위 벡터이기 때문에 벡터의 크기의 최대치가 1 임도 고려하여, 예 1 ∼ 6 의 편광판의 P45′의 절대치 │P45′│ 는 다음 표로부터 0.99 이상 1 미만인 것을 이해할 수 있다.

실시예

다음으로, 실제로 이하에 기재한 대로 투명 필름 및 편광판을 각각 제조하고, IPS 모드의 액정 표시 장치에 사용하여 그 효과를 확인한 실시예에 대하여 설명한다. 단, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[비교예 1]

<필름 1 의 제조>

길이 100m, 폭 180㎜, 두께 110㎛ 이고 Re 가 0㎚ 인 폴리카보네이트의 양 면에 165 도에서의 치수 변화율 (MD/TD) 이 1.15 인 폴리에스테르 필름을 아크릴계 점착층을 개재하여 접착하고, 롤 연신기로 롤 속도비 0.97 의 조건에서, 또한 롤의 온도를 165 도로 한 상온 분위기에서 처리하여 폴리카보네이트를 수축시킨 후, 폴리에스테르 필름을 박리하였다. 이 필름을 온도 163 도의 분위기하에서 폭 방향으로 1.1 배 연신하여 필름 1 을 얻었다.

자동 복굴절률계 (K0BRA-21ADH, 오우지 계측 기기 (주) 사 제조) 를 사용하여 Re 의 광입사 각도 의존성을 측정하고 이들의 광학 특성을 산출한 결과, Re 가 275㎚, Nz 가 0.5 이며, 지상축이 길이 방향과는 직교 방향에 있는 것을 확인하였다. 필름 1 에 대하여, Axometrics 사의 AxoScan 을 사용하여 파장 550㎚ 에서 정면에 있어서의 CR1, 극각 60 도이고 방위각 45 도, 135 도, 225 도, 315 도에 있어서의 CR2 를 측정한 결과, CR1 및 모든 방위각에 있어서의 CR2 가 모두 0㎚ 였다.

<비교예용 편광판 1 의 제조>

두께 80㎛ 의 롤 형상 폴리비닐알코올 필름을 요오드 수용액 중에서 연속하여 5 배 연신하고, 건조시켜 편광막을 얻었다. 폴리비닐알코올에는 쿠라레 제조 PVA-117H 를 사용하였다. 이 편광막의 편면에 비교예용 필름 1 을, 타방의 면에는 보호 필름으로서 후지 필름사 제조 택 필름 TD80U 를 중첩 부착하여 비교예용 편광판 1 을 제조하였다.

이 비교예용 편광판 1 의 규격화 편광능 벡터 P′를 Axoscan 으로 측정하였다. 필름면의 법선 방향으로부터 극각 60 도이고, 또한 필름면 내의 지상축을 방위각 0 도로 하였을 때에 방위각이 45 도의 방향에서 광선을 입사시키고, 비교예용 필름 1 을 편광막의 출사측에 위치시켜 측정한, 규격화 편광능 벡터 P′의 성분 P45′의 절대치는 0.994 였다.

[실시예 1]

<투명 필름 10 의 제조>

비교예 1 에서 제조한 필름 1 의 편면에 광학 이방성층 1, 및 타방의 면에 광학 이방성층 2 를, 하기의 방법으로 각각 형성하여 본 발명의 실시예의 투명 필름 10 을 제조하였다.

<봉형상 액정 조성물로 이루어지는 광학 이방성층 1 의 형성>

(배향막의 형성)

이하의 조성의 배향막 도포액을 조제하였다.

하기의 고분자 화합물 P 4 질량부

트리에틸아민 2 질량부

데코나르 EX-521 의 5％ 수용액

(나가세 화성 공업 주식회사의 에폭시 화합물) 8.1 질량부

물 57 질량부

메탄올 29 질량부

이 배향막 도포액을 필름 1 의 편면에 도포하고, 25℃ 에서 30 초간, 120℃ 의 온풍으로 120 초간 건조시켰다. 건조 후의 배향막의 두께는 1.5㎛ 였다. 이어서, 형성한 막에 투명 필름 1 의 길이 방향과 동일한 방향으로 러빙 처리하였다.

(광학 이방성층 1 의 형성)

하기 조성의 광학 이방성층용 도포액을 조제하였다.

하기의 봉형상 액정성 화합물 (예시 화합물 IV-2) 38.1 질량％

하기의 증감제 A 0.38 질량％

하기의 광중합 개시제 B 1.14 질량％

하기의 배향 제어제 C 0.19 질량％

글루타르알데히드 0.04 질량％

메틸에틸케톤 60.15 질량％

상기 형성한 배향막의 러빙 처리면에, 조제한 광학 이방성층용 도포액을 바 코터를 사용하여 연속적으로 도포, 건조, 및 가열 (배향 숙성) 하고, 추가로 자외선 조사하여 봉형상 액정성 분자를 수평 배향 상태로 고정시키고, 광학 이방성층 1 (두께 1.1㎛) 을 형성하였다.

형성한 광학 이방성층 1 을 유리 기판에 전사하고, 복굴절 특성을 측정한 바, Nz 치는 1, Re 치는 143㎚ 였다. 지상축은 필름의 길이 방향 (러빙 방향) 과 직교하는 방향이었다.

<원반 형상 액정 조성물로 이루어지는 광학 이방성층 2 의 형성>

(배향막의 형성)

필름 1 의 다른 편면에, 하기 조성의 배향막 도포액을 와이어 바 코터로 20㎖/㎡ 도포하였다. 60℃ 의 온풍으로 60 초, 추가로 100℃ 의 온풍으로 120 초 건조시켜 막을 형성하였다. 이어서, 형성한 막에 필름 1 의 지상축 방향과 평행한 방향으로 러빙 처리하여 배향막을 형성하였다.

배향막 도포액의 조성

하기의 변성 폴리비닐알코올 10 질량부

물 371 질량부

메탄올 119 질량부

글루타르알데히드 0.5 질량부

테트라메틸암모늄플루오라이드 0.3 질량부

(광학 이방성층 2 의 형성)

이어서, 배향막의 러빙 처리면에, 하기의 디스코틱 액정성 화합물 1.8g, 에틸렌옥사이드 변성 트리메틸올프로판트리아크릴레이트 (V#360, 오사카 유기 화학 (주) 제조) 0.2g, 광중합 개시제 (이르가큐어 907, 치바가이기사 제조) 0.06g, 증감제 (카야큐어-DETX, 닛폰 화약 (주) 제조) 0.02g, 공기 계면측 수직 배향제 (P-6) 0.01g 을 3.9g 의 메틸에틸케톤에 용해한 용액을, #4 의 와이어 바로 도포하였다. 이를 금속의 프레임에 부착하고, 125℃ 의 항온조 중에서 3 분간 가열하여 디스코틱 액정 화합물을 배향시켰다. 이어서, 100℃ 에서 120W/㎝ 고압 수은등을 사용하여, 30 초간 UV 조사하여 디스코틱 액정 화합물을 가교하였다. 그 후, 실온까지 방랭하였다. 이와 같이 하여 광학 이방성층 2 를 형성하였다.

형성한 광학 이방성층 2 를 유리 기판에 전사하고 복굴절 특성을 측정한 바, Nz 치는 0, Re 치는 142㎚ 였다. 지상축의 방향은 배향막의 러빙 방향과 평행이었다.

이와 같이 하여 필름 1 의 편면에 광학 이방성층 1, 다른 편면에 광학 이방성층 2 를 형성한 투명 필름 10 을 제조하였다. 이 투명 필름 10 의 면내 리타데이션 Re 를 파장 550㎚ 에서 측정한 바, 560㎚ 였다. 즉, 이 투명 필름 10 은 두께 방향으로 Nz 치가 0 ∼ 1 로 단조 증가하고 (광학 이방성층 2 는 Nz ＝ 0, 필름 1 은 Nz ＝ 0.5, 광학 이방성층 1 은 Nz ＝ 1), 또한 파장 550㎚ 에 있어서의 면내 리타데이션 Re 가 560㎚ 인 본 발명의 실시예의 투명 필름이다.

제조한 투명 필름 10 을 Axometrics 사의 AxoScan 을 사용하여 파장 550㎚ 에서 정면에 있어서의 CR1 을 측정한 바, CR1 ＝ 0 이었다. 또, 극각 60 도이고 방위각 45 도, 135 도, 225 도, 315 도에 있어서의 CR2 를 측정한 결과, 방위각 45 도 및 225 도의 CR2 ＝ 32㎚ 이며, 방위각 135 도 및 315 도의 CR2 ＝ -32㎚ 였다. 즉, 방위각 45 도, 135 도, 225 도, 315 도에 있어서의 CR2 의 절대치는 대략 동등하게 32㎚ 였다.

<편광판 10 의 제조>

두께 80㎛ 의 롤 형상 폴리비닐알코올 필름을 요오드 수용액 중에서 연속하여 5 배 연신하고 건조시켜 편광막을 얻었다. 폴리비닐알코올에는 쿠라레 제조 PVA-117H 를 사용하였다. 이 편광막의 편면에 투명 필름 10 을, 다른 편면에는 보호 필름으로서 후지 필름사 제조 택 필름 TD80U 를 중첩 부착하여 편광판 10 을 제조하였다. 또한, 투명 필름 10 을 편광막에 중첩시킬 때에는, 투명 필름 10 의 광학 이방성층 1 의 면과 편광막을 접촉시켜 중첩시켰다.

이 편광판 10 의 규격화 편광능 벡터 P′를 Axoscan 으로 측정하였다. 필름면의 법선 방향으로부터 극각 60 도이고, 또한 필름면 내의 지상축을 방위각 0 도로 하였을 때에 방위각이 45 도의 방향에서 광선을 입사시키고, 투명 필름 10 을 편광막의 출사측에 위치시켜 측정한, 규격화 편광능 벡터 P′의 성분 P45′의 절대치는 0.995 였다.

[실시예 2]

<편광판 11 의 제조>

투명 필름 10 을 편광막에 중첩시킬 때에, 투명 필름 10 의 광학 이방성층 2 의 면과 편광막을 접촉시켜 부착시킨 것 이외에는, 실시예 1 과 완전히 동일한 방법으로, 실시예 2 의 편광판 11 을 제조하였다.

이 편광판 11 의 규격화 편광능 벡터 P′를 Axoscan 으로 측정하였다. 필름면의 법선 방향으로부터 극각 60 도이고, 또한 필름면 내의 지상축을 방위각 0 도로 하였을 때에 방위각이 45 도의 방향으로 광선을 입사시키고, 투명 필름을 편광막의 출사측에 위치시켜 측정한, 규격화 편광능 벡터 P′의 성분 P45′의 절대치는 0.995 였다.

[액정 표시 장치로의 실장과 평가]

비교예 1, 실시예 1, 및 실시예 2 에서 각각 제조한 편광판 1, 10 및 11 을 사용하여 액정 표시 장치를 각각 제조하였다.

구체적으로는 편광판 1, 10 및 11 의 각각과, 종래의 편광판 (편광판의 보호층 택 필름에는 후지 필름사 제조의 Z-택을 사용) 으로, IPS 형 액정셀을 끼우고, 액정 표시 장치를 제조하였다. 편광판 1, 10 및 11 의 필름 1, 투명 필름 10 및 11 이 각각 액정셀측이 되도록 주의하여 끼웠다. 또, 액정셀을 끼우는 2 개의 편광판의 면내 흡수축은 직교하고, 또한 편광판 1, 10 및 11 각각의 면내 흡수축이 IPS 형 액정셀의 면내 지상축과 평행이 되도록 끼웠다. IPS 형 액정셀은, 복굴절이 300㎚ 에서, 전압 무인가 상태에서 수평 배향이 되도록 제조하였다. 액정에는 머크사의 ZLI-4792 를 사용하였다.

이와 같이 하여 제조한 액정 표시 장치의 전압 무인가 상태, 즉 흑상태의 투과율을 극각 60 도, 방위각 45 도에서 측정한 결과, 비교예 1 의 편광판 1 을 사용한 액정 표시 장치의 경우에는 0.035％ 였는데 반해, 실시예 1 의 편광판 10 을 사용한 액정 표시 장치의 경우에는 0.02％, 실시예 2 의 편광판 11 을 사용한 액정 표시 장치의 경우에는 0.02％ 였다. 이로부터, 비교예 1 의 편광판 1 과 비교하여, 본 발명의 실시예인 편광판 10 및 11 은 흑상태의 투과율이 작고, 보다 콘트 라스트가 개선된 것을 알 수 있다.

도 1 은 본 발명의 편광판의 일례의 단면 모식도이다.

도 2 는 푸앵카레 구 상의 임의의 직선 편광 상태점 P 및 그 소광점 Q 를 나타낸 모식도이다.

도 3 은 푸앵카레 구 상의 임의의 직선 편광 상태점 P 로부터 그 소광점 Q 로의 종래의 변환예의 궤적을 나타낸 모식도이다.

도 4 는 푸앵카레 구 상의 임의의 직선 편광 상태점 P 로부터 그 소광점 Q 로의 종래의 변환예의 궤적을, R 광, G 광 및 B 광의 각각에 대하여 나타낸 모식도이다.

도 5 는 본 발명의 투명 필름을 이용한, 푸앵카레 구 상의 임의의 직선 편광 상태점 P 로부터 그 소광점 Q 로의 변환예의 궤적을, R 광, G 광 및 B 광의 각각에 대하여 나타낸 모식도이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 편광판

12 편광자

14 보호 필름

16 본 발명의 투명 필름

Claims

폴리머 필름과, 그 양면에 각각 상이한 액정 조성물로 이루어지는 광학 이방성층을 적어도 1 층씩 갖는 투명 필름으로서,

면내에 광학 이방성을 갖고, 필름면의 법선 방향의 Circular Retardance (CRE1) 가 대략 0 이며, 필름면의 법선 방향으로부터 극각 60 도이고, 또한 필름면 내의 지상축을 방위각 0 도로 하였을 때에 방위각이 45 도, 135 도, 225 도, 및 315 도의 4 개 방향에서 입사된 광선에 있어서의 Circular Retardance (CRE2) 의 절대치가 각각 대략 동등하며, 또한 0 이 아닌 것을 특징으로 하는 투명 필름.
제 1 항에 있어서,

상기 CRE2 의 절대치가 32 ∼ 38㎚ 인, 투명 필름.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서

상기 폴리머 필름의 편면에 봉형상으로 이루어진 광학 이방성층을 적어도 1 층을 갖고, 다른 면에 디스코틱 액정화합물로 이루어진 광학 이방성층을 적어도 1 층을 갖는, 투명필름,
편광막, 및 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 투명 필름을 갖는, 편광판.
액정셀, 및 제 4 항에 기재된 편광판을 갖는, 액정 표시 장치.
액정셀, 및 적어도 하나의 편광막을 갖는 액정 표시 장치로서,

상기 편광막과 상기 액정셀 사이에 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 투명 필름을 갖는, 액정 표시 장치.
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