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KR101595615B1 - 고휘도 편광판, 그 제조 방법 및 이를 이용한 화상표시장치 - Google Patents

고휘도 편광판, 그 제조 방법 및 이를 이용한 화상표시장치 Download PDF

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KR101595615B1
KR101595615B1 KR1020130060151A KR20130060151A KR101595615B1 KR 101595615 B1 KR101595615 B1 KR 101595615B1 KR 1020130060151 A KR1020130060151 A KR 1020130060151A KR 20130060151 A KR20130060151 A KR 20130060151A KR 101595615 B1 KR101595615 B1 KR 101595615B1
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KR
South Korea
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film
polarizing plate
rin
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brightness
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남성현
나균일
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 편광판, 상기 편광판의 일면에 합판되는 450nm 내지 650nm 파장 대역에서 면내 위상차 값이 250nm 내지 280nm인 λ/2 위상차 필름 및 상기 λ/2 위상차 필름에 합판되는 휘도 향상 필름을 포함하는 고휘도 편광판, 그 제조방법 및 이를 이용한 화상표시장치에 관한 것이다.

Description

고휘도 편광판, 그 제조 방법 및 이를 이용한 화상표시장치{POLARIZER, MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME AND DISPLAY DEVICE EMPLOYING THEREOF}
본 발명은 화상 표시장치에 사용되는 고휘도 편광판 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 편광판에 450nm 내지 650nm 파장 대역에서의 면내 위상차 값이 250nm 내지 280nm인 λ/2 위상차 필름 및 휘도향상필름을 적층하여 색감, 백색 휘도 및 콘트라스트비가 향상된 고휘도 편광판 및 롤-투-롤(roll-to-roll) 공정으로 제조 가능한 고휘도 편광판 제조방법에 관한 것이다.
편광판은 일반적으로 폴리비닐알코올(Poly Vinyl Alchol, 이하, PVA라 함)계 분자 사슬이 일정한 방향으로 배향되고, 요오드계 화합물 또는 이색성 편광 물질을 포함하는 구조를 갖는 편광자에, 보호 필름으로 트리아세틸셀룰로오즈(TAC) 필름을 접착시킨 구조로 이루어진다. 이때 상기 편광자와 보호 필름은 일반적으로 폴리비닐알코올계 수용액으로 이루어진 수계 접착제에 의해 접착된다.
한편, 상기와 같은 편광판이 액정표시장치 등에 사용될 때, 휘도 향상을 위해 편광판 일면에 3M사의 DBEF 필름과 같은 휘도향상필름을 부착하여 사용하는 기술이 제안되었다. 그러나, 상기와 같은 종래 편광판에 휘도향상필름을 부착할 경우, 휘도향상필름의 큰 수축율로 인해, 편광판의 중앙면이 아래로 볼록해지는 컬(이하, 음의 방향의 컬이라 한다)이 발생하게 된다. 한편, 편광판에 이와 같은 음의 방향 컬이 발생하면, 액정 패널이 액정표시장치의 모듈에 장착되었을 때, 상기 편광판의 컬에 의해 액정 패널의 모서리 부분이 들리면서 케이스와 접촉하게 되고, 이로 인해 모서리 부분에 응력이 크게 형성되어, 모서리 빛샘 현상이 발생한다는 문제점이 있었다. 이와 같은 모서리 빛샘 현상은 화상 불량의 원인이 된다.
또한, 종래의 휘도향상필름을 부착한 편광판의 경우, 휘도는 향상되나, 화이트 휘도와 함께 블랙 휘도도 높아지기 때문에 콘트라스트비가 저하되고, 휘도향상필름에서 기인한 컬러-시프트 현상으로 인해 블루리쉬(bluish)한 색감을 띄게 되어, 편광판을 단독으로 사용하는 경우에 비해 디스플레이 특성이 떨어진다는 문제점이 있었다.
한편, 현재 생상되고 있는 DBEF 필름과 같은 휘도향상필름의 경우, 연신 방향, 즉 MD 방향에 대해 투과축이 형성되는 반면, PVA 필름에 요오드를 염착한 후 연신하여 제조되는 편광판의 경우에는 연신방향으로 흡수축이 형성된다. 따라서, 일반적으로 MD 방향을 기준으로 휘도향상필름의 투과축이 편광판의 투과축과 수직인 방향으로 형성되어 있기 때문에, 편광판에 휘도향상필름을 부착하기 위해서 휘도향상필름을 편광판 크기에 대응되도록 시트 형상으로 재단한 후, 편광판의 투과축과 휘도향상필름의 투과축이 일치하도록 부착하는 롤-투-시트(roll-to-sheet) 공정이 적용되어 왔다. 그러나, 이와 같이 휘도향상필름을 편광판에 시트 형태로 재단하여 부착하는 경우, 별도의 재단 공정이 추과되고, 기포 및 이물 등이 유입되기 쉽고, 정밀한 얼라인(align)이 요구되기 때문에 불량 발생률이 높아지는 문제점이 있다. 또한, 롤-투-시트 공정을 이용할 경우, 권취롤 상태에서 필름을 풀어서 필름들을 적층한 후에 재단하는 롤-투-롤 공정에 비해 제조 공정이 많고, 제조 시간이 오래 걸려 생산성이 떨어진다는 문제점도 있다. 또한, 휘도향상필름이 부착되지 않은 편광판의 나머지 부분들은 재활용되지 못하게 버려지게 되어 제품 수율 측면에서도 불리하다. 이에 비해, 롤-투-롤 공정을 적용할 경우, 편광판 전면에 휘도향상필름이 부착되기 때문에, 원하는 편광판 사이즈에 맞춰 재단할 수 있는 장점이 있으며, 대형 사이즈의 편광판 재단 후 남게 되는 나머지 부분은 중소형 편광판으로 재활용이 가능한 장점도 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 롤-투-롤 공정 적용이 가능하고, 휘도향상필름 부착 시에 발생하는 음의 방향의 컬 발생을 줄임으로써 모서리 빛샘 현상이 개선되고, 콘트라스트비와 색감이 우수한 고휘도 부착형 편광판, 그 제조 방법 및 이를 이용한 화상표시장치를 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제1태양은, 편광판, 상기 편광판의 일면에 합판되는 λ/2 위상차 필름 및 상기 λ/2 위상차 필름에 합판되는 휘도 향상 필름을 포함하며, 상기 λ/2 위상차 필름은 450nm 내지 650nm 파장 대역에서의 면내 위상차 값이 250nm 내지 280nm인 고휘도 편광판을 제공한다.
본 발명의 제2태양은, 상기 고휘도 편광판을 포함하는 화상표시장치를 제공한다.
본 발명의 제3태양은, 편광판의 일면에 450nm 내지 650nm 파장 대역에서의 면내 위상차 값이 250nm 내지 280nm인 λ/2 위상차 필름을 합판하는 단계 및 상기 λ/2 위상차 필름에 휘도 향상필름을 합판하는 단계를 포함하며, 롤-투-롤 공정으로 수행되는 고휘도 편광판 제조방법을 제공한다.
덧붙여, 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
휘도향상필름과 편광판 사이에 λ/2 위상차 필름을 삽입한 본 발명의 고휘도 편광판은 종래의 휘도향상필름 부착형 편광판과는 다르게, 휘도향상필름 부착 후에 편광판의 중앙면이 위쪽으로 볼록한 양의 방향의 컬을 가져 모서리 빛샘 현상이 개선된다.
또한, 본 발명의 고휘도 편광판은, 450nm 내지 650nm 파장 대역에서의 면내 위상차 값이 250nm 내지 280nm인 λ/2 위상차 필름을 사용함으로써, 종래의 고휘도 편광판에 비해 현저하게 개선된 콘트라스트비 특성을 가지며, 블루리쉬(blurish)한 색감 발생을 억제하여 보다 어둡고 선명한 블랙 색상을 구현할 수 있도록 하였다.
또한, 본 발명은, 편광판과 휘도향상필름 사이에 광 회전 기능을 수행하는 λ/2 위상차 필름을 삽입하여, 휘도향상필름을 재단하지 않고 롤-투-롤(roll to roll) 공정을 통해 고휘도 편광판을 제조할 수 있도록 하였으며, 그 결과, 기포, 이물 유입 및 얼라인 공정에 의한 불량 발생을 줄일 수 있고, 생산성을 향상시킬 수 있도록 하였다.
도 1은 본 발명에 따른 고휘도 편광판의 일 실시예를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 고휘도 편광판의 다른 실시예를 보여주는 도면이다.
도 3은 실시예 및 비교예 1 내지 3에 따라 제작된 편광판을 횡전계 방식 화상표시장치에 장착한 후, 콘트라스트비를 측정한 결과이다.
도 4 (a)는 비교예 1에 따라 제조된 편광판의 컬 발생 정도를 보여주는 사진이며, 도 4(b)는 실시예에 따라 제조된 편광판의 컬 발생 정도를 보여주는 사진이다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만 본 명세서에 첨부된 도면들은 본 발명을 설명하기 위한 예시일 뿐, 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한, 설명 상의 편의를 위해 일부 구성요소들은 도면 상에서 과장되게 표현되거나, 축소 또는 생략되어 있을 수 있다.
본 발명의 제1태양에 의하면, 편광판, 상기 편광판의 일면에 합판되는 λ/2 위상차 필름 및 상기 λ/2 위상차 필름에 합판되는 휘도 향상 필름을 포함하며, 이때, 상기 λ/2 위상차 필름은 450nm 내지 650nm 파장에서의 면내 위상차 값이 250nm 내지 280nm인 고휘도 편광판을 제공할 수 있다.
도 1에는 본 발명에 따른 고휘도 편광판의 일 실시예의 구조가 개략적으로 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 고휘도 편광판은, 편광판(100), λ/2 위상차 필름(70) 및 휘도향상필름(80)을 포함한다.
이때, 편광판(100)은 편광소자(30) 및 상기 편광소자(30)의 적어도 일면에 부착되는 보호필름(10, 50) 및 상기 편광소자(30)와 보호필름(10, 50) 사이에 개재되는 접착제층(20, 40)을 포함하여 이루어질 수 있다. 도 1에는 편광소자(30)의 양면에 접착제층(20, 40) 및 보호 필름(10, 50)이 형성된 편광판이 도시되어 있으나, 본 발명의 편광판이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 상기 편광판은 편광소자(30)의 일면에만 접착제층 및 보호필름이 형성되는 단면형 편광판이나, 접착제층을 형성하지 않고 경화성 수지 등을 이용하여 편광소자에 직접 보호 필름을 형성한 편광판 등을 포함한다. 한편, 이로써 한정되는 것은 아니나, 단면형 편광판을 사용할 경우에는, 보호 필름이 형성되지 않는 면에 λ/2 위상차 필름이 부착되는 것이 컬(curl) 특성에 있어서 보다 바람직하다.
한편, 상기 편광 소자(30)는 특정한 편광 상태를 갖는 빛만을 통과시키는 광학 소자를 말하는 것으로, 일반적으로 요오드계 화합물 또는 이색성 염료를 함유하는 분자 사슬이 일정한 방향으로 배향된 폴리비닐알코올계 편광필름이 사용된다. 이러한 편광 필름은 폴리비닐알코올계 필름에 요오드 또는 이색성 염료를 염착시킨 후, 일정한 방향으로 연신하고 가교시키는 방법에 의해 제조된다. 이때 상기 폴리비닐알코올의 중합도는, 특별히 한정되지는 않으나, 분자 움직임의 자유로움과 함유 물질과의 유연한 혼합을 고려할 때 1,000 내지 10,000정도인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1,500 내지 5,000 정도인 것이 좋다.
다음으로, 상기 접착제층(20, 40)은 보호필름(10, 50)과 편광 소자(30)를 접착시키기 위한 것으로, 당해 기술 분야에서 일반적으로 사용되는 편광판용 접착제들이 제한없이 사용될 수 있다. 즉, 본 발명의 접착제층(20, 40)을 형성하기 위한 접착제는, 광학적 투과도가 우수하고, 경시적인 황변 등의 변화가 없는 것이면 되고, 특별히 한정되지는 않는다. 예를 들면, 본 발명에서 사용가능한 접착제로는, 폴리비닐알코올계 수지, 아크릴계 수지, 비닐아세테이트계 수지 및/또는 UV 경화형 수지 등을 포함하는 접착제 수지 등을 들 수 있으며, 이때 상기 접착제 수지들은 수계 접착제 또는 무용제형 접착제일 수 있다.
한편, 상기 접착제에는, 필요에 따라 경화 개시제가 추가로 첨가될 수 있다. 경화 개시제로는 AIBN(2,2'-azo-bis(isobutyronitrile))계 개시제, 퍼술페이트계 개시제, Ciba-Geigy사의 Darocure 및/또는 Igacure시리즈의 개시제등이 사용될 수 있다. 상기 AIBN 및 퍼술페이트계 개시제로는 수계에서 사용할 수 있는 것으로 이 기술분야에 알려져 있는 어떠한 개시제가 사용될 수 있다. 이로써 한정하는 것은 아니지만, 예를들어, AIBN계 개시제로는 2,2'-아조비스[2-(2-이미다졸린-2-일)프로판]디하이드로클로라이드, 2,2'-아조비스[2-(2-이미다졸린-2-일)프로판]디술페이트 디하이드레이트, 2,2'-아조비스[N-(2-카르복시에틸)-2-메틸프로피온아미드], 2,2'-아조비스[2-(3,4,5,6-테트라하이드로피리미딘-2-일)프로판]디하이드로클로라이드, 2,2'-아조비스{2-[1-(2-히드록시에틸)-2-일] 프로판}디하이드로클로라이드, 2,2'-아조비스{2-메틸-N-[2-(히드록시부틸)] 프로피온아미드}, 2,2'-아조비스[2-메틸-N-[2-(히드록시에틸)프로피온아미드], 2,2'-아조비스(N-부틸-2-메틸프로피온아미드)등을 들 수 있으며 퍼술페이트계 경화 개시제로는 포타슘 퍼술페이트, 암모늄 퍼술페이트등을 들 수 있다. Ciba-Geigy사의 개시제로는 이로써 한정하는 것은 아니지만, 예를 들어, 히드록시-1-[4-(히드록시에톡시)페놀]-2-메틸-1-프로파논(Darocure 2959), 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온(Darocure 1173), 1-(4-이소프로필페닐)-2-히드록시-2-메틸프로판-1-온(Darocure 1116), 비스-(2,6-디메톡시벤조일)-2,4,4-트리메틸펜틸 포스핀 옥시드 및 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온의 25:75 블렌드 (상표명 Irgacure 1700), 1-[4-(2-히드록시에톡시)-페닐]-2-히드록시-2-메틸-1-프로판-1-온(Irgacure 2959), 1-히드록시시클로헥실페닐케톤(Irgacure 184), 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논(Irgacure 651)등을 들 수 있다.
상기 경화 개시제는 접착제 수지의 총 중량을 기준으로 최대 10 중량부로 첨가될 수 있다. 상기 경화 개시제는 필요에 따라 임의로 첨가되는 성분으로써 첨가량의 하한값이 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 접착제의 총 중량을 기준으로 0.01 중량부 내지 10 중량부, 보다 바람직하게는 0.01 중량부 내지 1 중량부로 첨가될 수 있다. 경화 개시제 첨가량이 상기 수치범위를 만족하는 경우 경화 반응 진행이 용이하고, 접착력도 보다 향상된다.
이외에도 상기 접착제 수지에는 각종 커플링제, 점착부여제, 자외선 흡수제, 산화방지제 및 각종 안정제등이 필요에 따라 배합될 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 접착제층과 보호 필름이 편광소자의 양면에 형성되는 양면형 편광판의 경우, 편광판의 양면에 각각 형성되는 접착제층은 서로 동일하거나 상이한 재질의 접착제로 형성될 수 있다. 다만, 생산성 및 컬(curl) 특성을 고려할 때, 편광 소자 양면에 형성되는 접착제층이 동일한 재질의 접착제 수지로 형성되는 것이 보다 바람직하다. 편광 소자의 양면에 동일한 재질로 이루어진 접착제층을 형성할 경우, 양쪽 접착제층의 수축율이 동일하기 때문에 건조 후 편광소자에 작용하는 힘이 동일하고, 그 결과 접착제 수축 등에 의해 발생하는 컬(curl) 발생을 최소화할 수 있기 때문이다.
다음으로, 상기 보호 필름(10, 50)은 편광 소자(30)를 보호하기 위한 필름으로, 일반적으로 접착제층(20, 40)을 매개로 편광소자(30)에 부착되지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 접착제층 없이 바로 편광소자(30)에 형성될 수도 있다. 상기 보호 필름(10, 50)으로는, 광학적 투명성, 기계적 강도, 열안정성, 등방성 등이 우수한 임의의 중합체 필름이 사용될 수 있다. 본 발명에서 사용가능한 보호필름의 예로는 이로써 한정하는 것은 아니지만, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트등의 폴리에스테르계 중합체, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴과 스틸렌 공중합체등의 스티렌계 중합체, 다아세틸 셀룰로오스, 트리아세틸 셀룰로오스등의 셀룰로오스계 중합체, 폴리에테르술폰계 중합체, 폴리카보네이트계 중합체 또는 폴리메틸메타크릴레이트 등의 아크릴계 중합체, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌과 프로필렌의 공중합체와 같은 폴리올레핀계 중합체, 나일론 혹은 방향족 폴리아미드와 같은 아미드계 중합체, 이미드계 중합체, 술폰계 중합체, 폴리 에테르 술폰계 중합체, 폴리에테르 에테르 케톤계 중합체, 폴리페닐렌 술파이드계 중합체, 비닐 알코올계 중합체, 염화 비닐리덴계 중합체, 비닐 부티랄계 중합체, 아릴레이트계 중합체, 폴리옥시 메틸렌계 중합체, 에폭시계 중합체 또는 이들 중합체의 혼합물로 이루어진 필름이 사용될 수 있다.
한편, 상기 보호필름(10, 50)은, 필요에 따라, 편광소자에 대한 접착력 및 밀착력을 향상시키기 위해 표면개질 처리될 수 있다. 표면처리의 구체적 예로는, 이로써 한정하는 것은 아니지만, 코로나 처리, 글로우(glow) 방전 처리, 화염 처리, 산 처리, 알칼리 처리, 플라즈마 처리, 초음파 처리 및 자외선 조사 처리 등이 있다. 또한, 접착성을 개선하기 위해 보호필름에 언더코트층을 제공하는 방법도 이용될 수 있다.
다음으로, 상기 λ/2 위상차 필름(70)은 편광판(100)과 휘도향상필름(80)의 투과축을 일치시키기 위한 것으로, 본 발명에 있어서는 상기 λ/2 위상차 필름(70)으로, 450nm 내지 650nm 파장 대역에서 면내 위상차값이 250nm 내지 280nm 정도, 바람직하게는 260nm 내지 275nm 정도, 보다 바람직하게는 265nm 내지 275nm 정도인 필름을 사용한다. 이때, 상기 면내 위상차값 Rin(λ)는 λnm 파장에서 측정된 면내 위상차값을 의미하는 것으로, 하기 식 (1)으로 정의되는 값을 의미한다.
식 (1): Rin(λ) = (nx-ny)×d
상기 식 (1)에서,
nx는 λ/2 위상차 필름의 면내의 지상축(slow axis) 방향의 굴절율,
ny는 λ/2 위상차 필름의 면내의 진상축(fast axis) 방향의 굴절율,
d는 λ/2 위상차 필름의 두께를 의미한다.
본 발명자들의 연구에 따르면, 본 발명과 같이, λ/2 위상차 필름(70)으로, 450nm 내지 650nm 파장 대역 전체 영역에서 면내 위상차값이 특정한 수치 범위(즉, 250nm 내지 280nm)을 만족하는 필름을 사용할 경우, 상기 수치 범위를 벗어나는 면내 위상차값을 갖는 필름을 사용하는 경우에 비해, 편광판의 색감, 백색 휘도 및 콘트라스트비가 현저하게 향상되는 것으로 나타났다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 λ/2 위상차 필름(70)은 450nm 내지 650nm 파장 대역에서 면내 위상차값의 변화율의 최대값이 10% 이하인 것이 바람직하다. 450nm 내지 650nm 파장에서의 면내 위상차값 변화율이 10%를 초과할 경우에는 편광판 적용 시에 컬러 시프트(color-shift)를 야기시켜 편광판 색감을 저해할 수 있기 때문이다. 보다 구체적으로는, 상기 λ/2 위상차 필름이 하기 식 (2) 및 식 (3)을 만족할 경우에 컬러-시트프 억제 효과가 특히 우수하다.
식 (2): 0 ≤ {Rin(450) - Rin (550)} /Rin(550) ≤ 0.05
식 (3): 0 ≤ {Rin(550) - Rin (650)} /Rin(550) ≤ 0.05
상기 식 (2) 및 식 (3)에 있어서,
Rin (450)은 450nm 파장에서의 면내 위상차값,
Rin (550)은 550nm 파장에서의 면내 위상차값,
Rin(650)은 650nm 파장에서의 면내 위상차값임.
한편, λ/2 위상차 필름(70)의 재질은 상기 당해 기술 분야에서 λ/2 위상차 필름에 일반적인 사용되는 재질들이 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들면, 트리아세틸셀룰로오스(TAC), 시클로올레핀폴리머(COP), 아크릴 수지 등이 사용될 수 있다. 다만, 상기한 위상차 특성을 구현하기가 상대적으로 용이하고, 투습율이 낮아 컬 발생이 적다는 측면에서, COP필름 또는 아크릴 필름 재질을 사용하는 것이 보다 바람직하다.
한편, 본 발명의 편광판에 있어서, 상기 λ/2 위상차 필름(70)은 그 광축이 편광 소자의 투과축에 대하여 40°내지 50°의 각도, 바람직하게는 45°의 각도로 합판된다. 상기한 바와 같이, 현재 시판되고 있는 일반적인 편광필름과 휘도향상필름들은 권취롤 형상의 필름 원판 상태에서는 투과축이 서로 수축한 방향으로 배치되어 있기 때문에, 이제까지는 편광판과 휘도 향상 필름을 합판할 때, 권취롤 형태의 필름 원판을 사용하는 롤-투-롤 공정을 사용하지 못하고, 편광판은 권취롤을 사용하고, 휘도 향상 필름은 재단된 시트 형상의 필름을 사용하는 롤-투-시트 방식이 사용되어 왔다. 그러나, 본 발명에서는 광축이 편광 소자의 흡수축에 대하여 40°내지 50°의 각도로 형성된 λ/2 위상차 필름을 편광판과 휘도 향상 필름 사이에 개입시킴으로써, 휘도향상필름의 투과축을 통과한 선편광을 편광판의 투과축을 투과하는 선편광으로 회전시킬 수 있도록 하였다. 그 결과, 재단 공정 없이, 롤 투 롤 공정을 통해 편광판과 휘도 향상 필름을 합판할 수 있게 하였다. 이때, λ/2 위상차 필름이 상기와 같이 편광판과 휘도향상필름의 투과축을 일치시키는 기능을 충분히 수행하기 위해서는, λ/2 위상차 필름의 광축이 편광 소자의 투과축에 대하여 40°내지 50°의 각도가 되도록 합판되는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 휘도향상필름(80)은 편광판의 휘도를 향상시키기 위한 것으로, 당해 기술 분야에서 일반적인 휘도향상필름들, 예를 들면, 3M사에서 제조, 판매하는 이중 휘도향상필름(Dual Brightness Enhancement Film; DBEF)과 같은 다층 반사 편광기, 상이한 굴절율을 갖는 물질로 이루어진 복수 개의 층들이 순차적으로 적층되어 있는 다층 반사 필름 또는 나노 와이어 그리드 편광자 등이 제한 없이 사용될 수 있다.
이때, 상기 다층 반사 필름은 예를 들면, 한 층은 등방성 구조로 이루어져 있고, 또 다른 층은 이방성 구조로 이루어져 있되, 한 방향의 굴절률이 등방성 층의 굴절률보다 큰 구조의 층이 순차적으로 적층된 구조일 수 있다.
또한, 상기 나노 와이어 그리드 편광자는, 투명 필름 상에 나노 구조물이 형성된 형태일 수 있다. 이때 상기 나노 구조물은 금속층이거나, 수지 패턴 상에 금속층이 형성된 형태일 수 있다.
한편, 본 발명에 있어서, 상기 휘도향상필름(80)은 그 투과축이 편광판의 투과축에 대해 85° 내지 95°의 각도를 갖고, 상기 λ/2 위상차 필름(70)의 광축과는 40°내지 50°의 각도, 바람직하게는 45°의 각도를 갖도록 합판된다.
한편, 본 발명의 상기 고휘도 편광판은 필요에 따라, 적어도 하나 이상의 점착제층(60)을 추가로 포함할 수 있다. 이때, 상기 점착제층은 상기 편광판과 λ/2 위상차 필름의 사이 및/또는 상기 λ/2 위상차 필름과 휘도향상필름 사이에 형성되어, 편광판, λ/2 위상차 필름 및 휘도향상필름들이 서로 부착될 수 있도록 하는 기능을 수행할 수 있다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 고휘도 편광판의 최외각면에 형성되어 액정패널과의 부착을 위한 점착층(60)으로 기능할 수도 있다.
한편, 상기 점착제층(60)은, 당해 기술 분야에서 일반적으로 사용되는 점착제들을 이용하여 형성될 수 있으며, 그 재질이 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 점착제로는 아크릴계 수지, 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지, 실리콘 수지, 폴리에테르 수지, 폴리아마이드 수지, 폴리비닐알코올 수지 등이 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다. 투명성, 내후성, 내구성 및 점착 물성 등을 고려할 때, 이 중에서도 특히 아크릴계 수지 점착제가 바람직하게 사용될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 고휘도 편광판 제조 방법에 대해 설명한다.
본 발명의 고휘도 편광판 제조 방법은, (a) 편광판의 일면에 450nm 내지 650nm 파장 대역에서의 면내 위상차 값이 250nm 내지 280nm인 λ/2 위상차 필름을 합판하는 단계 및 (b) 상기 λ/2 위상차 필름에 휘도향상필름을 합판하는 단계를 포함하며, 롤-투-롤 공정으로 수행되는 것을 그 특징으로 한다.
이때, 상기 편광판, λ/2 위상차 필름 및 휘도향상필름은 모두 권취롤 형태의 필름 원판에서 권출된 길이가 긴 시트 형상의 필름 상태, 즉 재단되지 않은 필름 상태로 사용된다. 이외, 상기 편광판, λ/2 위상차 필름, 휘도 향상필름과 관련된 구체적인 내용들은 상기에서 설명한 바와 동일하므로, 구체적인 설명은 생략한다.
상기 (a) 편광판의 일면에 450nm 내지 650nm 파장 대역에서의 면내 위상차 값이 250nm 내지 280nm인 λ/2 위상차 필름을 합판하는 단계는, 당해 기술분야에 잘 알려진 다양한 필름의 합판 방법을 이용하여 수행될 수 있으며, 그 방법이 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 본 발명에 있어서, 상기 (a)단계는, 편광판과 λ/2 위상차 필름 사이에 점착제층을 개재한 후, 라미네이터 등을 이용하여 편광판과 λ/2 위상차 필름을 가압하는 방식으로 수행될 수 있다. 이때, 상기 점착제층은, 당해 기술 분야에 잘 알려진 점착제층 형성방법에 따라 형성될 수 있으며, 그 형성방법이 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 점착제층은 편광판 또는 λ/2 위상차 필름의 일면에 점착제 수지를 도포하는 방식 또는 점착제 필름을 부착하는 방식으로 형성되거나, 합판 시에 점착제 수지를 편광판과 λ/2 위상차 필름 사이에 주입한 후 경화시키는 방식으로 형성될 수 있다.
한편, 상기 (a) 단계에서, 상기 λ/2 위상차 필름은 광축이 상기 편광판의 투과축에 대하여 40° 내지 50°의 각도가 되도록 합판되는 것이 바람직하다. λ/2 위상차 필름의 광축과 편광판의 투과축이 상기 각도 범위를 만족하도록 배치될 경우, λ/2 위상차 필름에 의한 광 회전 효과가 충분히 발휘될 수 있기 때문이다. 이로써 한정되는 것은 아니나, 일반적으로 시판되는 편광판의 경우, 투과축이 롤 권취 방향(즉, MD 방향)으로 형성되어 있으므로, λ/2 위상차 필름으로 광축이 롤 권취 방향(MD 방향)에 대하여 40° 내지 50°의 각도로 형성되어 있는 필름을 사용함으로써, 편광판과 λ/2 위상차 필름이 상기와 같은 각도 배치를 갖도록 합판할 수 있다.
한편, 상기 (b) 상기 λ/2 위상차 필름에 휘도향상필름을 합판하는 단계 역시 당해 기술분야에 잘 알려진 다양한 필름 합판 방식들에 의해 수행될 수 있으며, 그 방법이 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 (b) 단계는, λ/2 위상차 필름과 휘도향상필름 사이에 점착제층을 개재한 후, 라미네이터 등을 이용하여 λ/2 위상차 필름과 휘도향상필름을 가압하는 방식으로 수행될 수 있다. 이때, 상기 점착제층은, 상기 (a) 단계에서 설명한 바와 같이, 당해 기술 분야에 잘 알려진 점착제층 형성방법에 따라 형성될 수 있으며, 그 형성방법이 특별히 제한되지 않는다.
한편, 상기 (a) 단계 및 (b) 단계는 순차적으로 수행될 수도 있고, 동시에 수행될 수도 있다. 예를 들면, 상기 (a) 단계 및 (b)단계가 동시에 수행될 경우에는, 편광판, λ/2 위상차 필름, 휘도향상필름을 이 순서대로 배치한 후, 각 필름들 사이에 점착제 수지를 주입한 다음, 라미네이터에 의해 편광판, λ/2 위상차 필름, 휘도향상필름을 한번에 합판하는 방식으로 수행되거나, 편광판, λ/2 위상차 필름, 및/또는 휘도향상필름의 적어도 일면에 점착제 필름을 부착한 다음, 편광판, λ/2 위상차 필름, 휘도향상필름을 이 순서대로 배치하고, 라미네이터를 통해 합판하는 방식 등으로 수행될 수 있다.
상기 (b) 단계에서, 상기 휘도향상필름은 투과축이 상기 편광판의 투과축에 대해 85° 내지 95° 의 각도를 갖고, 상기 λ/2 위상차 필름의 광축에 대해 40° 내지 50°의 각도를 갖도록 합판되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 방법으로 제조된 본 발명의 고휘도 편광판은 종래의 휘도향상필름 부착형 편광판과는 다르게, 휘도향상필름 부착 후에 편광판의 중앙면이 위쪽으로 볼록한 양의 방향의 컬이 발생하기 때문에 모서리 빛샘 현상을 개선할 수 있다. 또한, 백색 휘도 및 콘트라스트비가 현저히 향상된 고휘도 편광판을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 고휘도 편광판은 종래에 편광판에 비해 우수한 색감 및 콘트라스트비를 가질 뿐 아니라, 롤-투-롤 공정을 통해 제조할 수 있기 때문에, 간단하고, 짧은 시간 내에 제조할 수 있는 장점이 있다.
한편, 상기와 같은 본 발명의 고휘도 편광판은 액정표시장치, 유기 EL 등과 같은 다양한 화상표시장치에 적용되어 유용하게 사용될 수 있다. 이때 상기 액정표시장치는 모든 종류의 구동 모드, 예를 들면, 횡전계방식(In-Plane Switching, IPS), 비틀린 네마틱 방식(Twisted Nematic, TN), 수직배향 방식(Vertically Aligned, VA) 또는 FFS 방식(Fringe Field Switching) 등과 같은 다양한 구동모드에서 제한 없이 사용될 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명의 보다 자세히 설명하기로 한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의하여 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
실시예
폴리비닐알코올(PVA) 필름(Kurary Co. Ltd. 제조, 중합도: 2400)을 수세조, 팽윤조를 거치고, I2와 KI를 포함하는 수용액에서 염착시킨 후 붕산과 KI를 함유하는 수용액에서 5배까지 연신하여 편광자 필름을 얻었다.
상기 편광자 필름의 양면에 60㎛ 두께의 트리아세틸셀룰로오스(TAC) 필름을 배치하고, 상기 편광자와 트리아세틸셀룰로오스(TAC) 필름 사이에 PVA계 접착제 수용액을 주입한 후, 라미네이터로 합판하고, 80℃에서 8분 동안 건조하여 양면에 보호 필름이 부착된 편광판을 얻었다. 상기 편광판을 권취하여 권취롤 형태의 편광판을 얻었다.
다음으로, 권취롤 상태의 λ/2 위상차 필름을 권출하면서 점착제 필름을 부착하고, 다시 권취하여 점착제층이 형성된 λ/2 위상차 필름의 권취롤을 얻었다. 이때, 상기 λ/2 위상차 필름으로는, 광축이 편광판 투과축 대비 45도 각도로 형성되고, 하기 [표 1]에 기재된 바와 같은 면내 위상차값을 갖는 필름을 사용하였다.
또한, 권취롤 상태의 3M사의 DBEF 필름을 권출하면서 점착제 필름을 부착하고, 다시 권취하여 점착제층이 형성된 휘도향상필름의 권취롤을 얻었다. 이때, 상기 휘도향상필름의 투과축은 상기 편광판 투과축에 대하여, 90도의 각도를 가졌다.
상기 권취롤 형태의 편광판, λ/2 위상차 필름 및 휘도향상필름을 이 순서대로 배치한 후, 상기 권취롤들로부터 필름을 권출하면서 λ/2 위상차 필름과 휘도향상필름의 점착제 필름에 부착된 점착제 필름의 이형 필름을 제거한 후, 라미네이터를 통과시켜 상기 편광판, λ/2 위상차 필름 및 휘도향상필름을 합판하였다. 그런 다음, 상기 λ/2 위상차 필름 및 휘도향상필름이 합판된 편광판을 20cm×20cm 사이즈로 재단하여 고휘도 편광판을 제조하였다.
비교예 1
비교를 위해, 3M사의 DBEF 필름을 재단한 다음, 실시예와 동일한 방법으로 제조된 편광판 일면에, 편광판의 투과축과 DBEF 필름의 투과축이 일치하도록 부착하였다. 이때, 상기 편광판과 DBEF 필름 사이에 λ/2 위상차 필름은 포함되지 않았다.
비교예 2
λ/2 위상차 필름으로 하기 [표 1]에 기재된 바와 같은 면내 위상차값을 갖는 필름을 사용한 것을 제외하고는 실시예와 동일한 방법으로 편광판을 제작하였다.
비교예 3
λ/2 위상차 필름으로 하기 [표 1]에 기재된 바와 같은 면내 위상차값을 갖는 필름을 사용한 것을 제외하고는 실시예와 동일한 방법으로 편광판을 제작하였다.
구분 450nm 550nm 650nm
실시예 1 272.2 271.9 270.1
비교예 2 242.1 241.8 240.5
비교예 3 211.5 211.2 210.1
실험예 1 - 콘트라스트비 측정
실시예 및 비교예 1 내지 3에 따라 제작된 편광판을 횡전계 방식(In-Plane Switching, IPS) 화상표시장치에 장착한 후, 콘트라스트비(Contrast Ratio, CR)를 측정하였다. 결과는 도 3에 나타낸 바와 같다. 콘트라스트 비(이하 CR)는 화면의 선명함을 나타내는 화상표시장치의 명암비로, 화상표시장치가 구현해내는 화이트 휘도(white luminance, Lw)와 블랙 휘도(black luminance, Lb)의 비, 즉 Lw/Lb로 나타내며 CR이 높은 값을 가질수록 화상표시장치의 광학성능이 우수함을 나타낸다. 일반적으로 화이트 휘도 및 블랙 휘도는 휘도계로 측정하며, 본 발명에 사용된 측정기기는 RISA Color ONE-Ⅱ이다.
한편, 도 3에서 Lwo는 휘도향상필름이 부착되지 않은 편광판을 사용한 경우에 측정된 화이트 휘도값, Lw는 실시예 및 비교예 1 ~ 3의 편광판을 사용한 경우에 측정된 화이트 휘도값을 의미하며, Lb0는 휘도향상필름이 부착되지 않은 편광판을 사용한 경우에 측정된 블랙 휘도값, Lb는 실시예 및 비교예 1 ~ 3의 편광판을 사용한 경우에 측정된 블랙 휘도값을 의미한다. 또한, CRo는 휘도향상필름이 부착되지 않은 편광판을 사용한 경우의 콘트라스트비를 의미하고, CR은 실시예 및 비교예 1 ~ 3의 편광판을 사용한 경우에 측정된 콘트라스트비를 의미한다.
도 3을 참조하면, 실시예에 따른 편광판을 사용한 경우, 비교예 1 ~ 3에 따른 편광판을 사용한 경우에 비해 우수한 콘트라스트비를 가짐을 알 수 있으며, 이는 실시예의 편광판이 비교예 1 ~ 3의 편광판들에 비해 블랙 휘도의 증가폭이 상대적으로 적기 때문임을 알 수 있다.
실험예 2 - 컬 발생 측정
상기 실시예 및 비교예 1에 의해 제조된 편광판의 컬 발생 정도를 육안으로 관찰하였다. 도 4(a)은 비교예 1에 의해 제조된 편광판의 컬 발생 정도를 보여주는 사진이며, 도 4(b)는 실시예에 의해 제조된 편광판의 컬 발생 정도를 보여주는 사진이다. 도 4(a) 및 도 4(b)를 통해, 비교예 1의 편광판이 (-)컬을 나타내는 반면, 실시예의 편광판은 (+) 컬이 형성되는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 따른 편광판은, 휘도향상필름 부착 후 양의 방향의 컬이 발생하기 때문에 모서리 빛샘 현상을 개선할 수 있다.
실험예 3 - 색감 측정
RISA Color ONE-II를 이용하여 실시예 및 비교예 1 내지 3에 따라 제작된 편광판의 CIE 색 좌표계에서의 직교 색상 x, y를 측정하였다. 이때, x값은 녹색-적색 색감을 보여주는 지표로, x값이 커질수록 적색 색감이 높아지는 것을 의미한다. y값은 청색-노란색 색감을 보여주는 지표로, y값이 커질수록 노란색 색감이 높아지는 것을 의미한다.
측정 결과는 하기 [표 2]에 나타내었다.
구분 x y
실시예 0.244 0.274
비교예 1 0.233 0.245
비교예 2 0.236 0.264
비교예 3 0.232 0.254
상기 [표 2]에 도시된 바와 같이, 실시예의 편광판의 경우, y 값이 비교예 1 ~ 3의 편광판에 비해 높게 나타남을 알 수 있다. 이는 실시예의 편광판을 사용할 경우, 블루리쉬(bluish)한 색감이 덜함을 의미하며, 육안으로 보았을 때도, 실시예의 편광판을 사용할 경우, 가장 어두운 블랙이 구현되는 것으로 확인되었다.
10, 50 : 보호필름
20, 40 : 접착제층
30 : 편광 소자
60 : 점착제층
70 : λ/2 위상차 필름
80 : 휘도향상필름
100 : 편광판

Claims (10)

  1. 편광판;
    상기 편광판의 일면에 합판되는 λ/2 위상차 필름; 및
    상기 λ/2 위상차 필름에 합판되는 휘도 향상 필름을 포함하며,
    상기 λ/2 위상차 필름은 450nm 내지 650nm 파장 대역에서의 면내 위상차 값이 250nm 내지 280nm이고, 편광판의 중앙면이 위쪽으로 볼록한 양의 방향을 가지며,
    상기 λ/2 위상차 필름은 하기 식 (2) 및 식 (3)을 만족하고,
    상기 휘도 향상필름의 투과축은, 상기 편광판의 투과축에 대하여 85° 내지 95°, 상기 λ/2 위상차 필름의 광축에 대하여 40° 내지 50°의 각도로 합판되는 것인 고휘도 편광판:
    식 (2): 0 ≤ {Rin(450) - Rin (550)} /Rin(550) ≤ 0.05
    식 (3): 0 ≤ {Rin(550) - Rin (650)} /Rin(550) ≤ 0.05
    상기 식 (2) 및 식 (3)에 있어서,
    Rin (450)은 450nm 파장에서의 면내 위상차값,
    Rin (550)은 550nm 파장에서의 면내 위상차값,
    Rin (650)은 650nm 파장에서의 면내 위상차값임.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 λ/2 위상차 필름의 광축은 상기 편광판의 투과축에 대하여 40°내지 50°의 각도로 합판되는 것인 고휘도 편광판.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 휘도향상필름은 이중 휘도향상필름(Dual Brightness Enhancement Film)인 고휘도 편광판.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 이중 휘도향상필름은 상이한 굴절률을 갖는 물질로 이루어진 복수 개의 층들이 순차적으로 적층된 것인 고휘도 편광판.
  7. 청구항 1, 3, 5 및 6 중 어느 한 항의 고휘도 편광판을 포함하는 화상표시장치.
  8. 편광판의 일면에 450nm 내지 650nm 파장 대역에서의 면내 위상차 값이 250nm 내지 280nm인 λ/2 위상차 필름을 합판하는 단계; 및
    상기 λ/2 위상차 필름에 휘도 향상필름을 합판하는 단계를 포함하며,
    롤-투-롤 공정으로 수행되고,
    편광판의 중앙면이 위쪽으로 볼록한 양의 방향의 컬을 가지며,
    상기 λ/2 위상차 필름은 하기 식 (2) 및 식 (3)을 만족하고,
    상기 휘도 향상필름을 합판하는 단계에서, 휘도향상필름은 투과축이 상기 편광판의 투과축에 대해 85° 내지 95°, 상기 λ/2 위상차 필름의 광축에 대해 40° 내지 50°의 각도를 갖도록 합판되는 것인 고휘도 편광판의 제조방법:
    식 (2): 0 ≤ {Rin(450) - Rin (550)} /Rin(550) ≤ 0.05
    식 (3): 0 ≤ {Rin(550) - Rin (650)} /Rin(550) ≤ 0.05
    상기 식 (2) 및 식 (3)에 있어서,
    Rin (450)은 450nm 파장에서의 면내 위상차값,
    Rin (550)은 550nm 파장에서의 면내 위상차값,
    Rin (650)은 650nm 파장에서의 면내 위상차값임.
  9. 삭제
  10. 삭제
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