KR102705605B1 - 광학 필름 및 이를 포함하는 광학표시장치 - Google Patents
광학 필름 및 이를 포함하는 광학표시장치 Download PDFInfo
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Abstract
기재층 및 상기 기재층의 일면 또는 양면에 형성된 코팅층을 포함하고, 상기 코팅층은 광 중합성 액정 고분자의 경화물 및 이색성 염료를 포함하고, 상기 광 중합성 액정 고분자의 측쇄 및 상기 이색성 염료는 각각 상기 경화물 내에서 경사 배향된 것인, 광학 필름 및 이를 포함하는 광학표시장치가 제공된다.
Description
본 발명은 광학 필름 및 이를 포함하는 광학표시장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 위상차 필름 및 원 편광 필름 역할을 동시에 할 수 있고, 구조가 간단하며, 광 투과 방향에 따른 광 투과율이 현저하게 달라 광 투과의 선택성이 높고, 시인 각도에 따라 광학표시장치의 화면이 보이게 하거나 보이지 않게 할 수 있는, 광학 필름 및 이를 포함하는 광학표시장치에 관한 것이다.
차량용 네비게이션 광학표시장치의 경우 야간 운전시 네비게이션 화면의 빛이 앞 유리창에 반사되어 비침으로써 운전자의 시야를 방해할 수 있다는 문제점이 있다. 상기 문제점을 해소하기 위한 일 방법으로서, 하부 편광판, 액정 패널 및 상부 편광판의 적층체의 상부면과 화면 표시 패널 사이에 경사 배향 위상차 필름, 1/4 위상차 필름 및 편광자를 순차적으로 위치시키고, 상부 편광판의 편광자와 상기 편광자의 흡수축을 서로 평행하게 배치함으로써 비침 현상을 해소하는 방법이 있다. 그러나 이 방법은 구조가 복잡하고, 최종적으로는 위상차 필름을 2장 사용해야 하며, 경사 배향 위상차 필름은 고가의 액정 재료를 사용해야 한다. 상기 문제점을 해소하기 위한 다른 방법으로서, 루버형의 필름을 상부 편광판과 화면 조작용 touch패널 사이에 위치시키는 방법이 있다. 그러나 이 방법은 블랙 루버층 만큼 광학표시장치의 휘도 저하가 필연적으로 발생하게 되고, 루버형 패터닝 공정이 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명의 배경 기술은 일본공개특허 제2013-050563호 등에 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 위상차 필름 및 원 편광 필름 역할을 동시에 할 수 있는 단일층의 코팅층을 구비한 광학 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 단일층의 코팅층을 구비하고 배향막이 없어 구조가 간단한 광학 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 광 투과 방향에 따른 광 투과율이 현저하게 달라서 광 투과의 선택성이 높은 광학 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 시인 각도에 따라 광학표시장치의 화면이 보이게 하거나 보이지 않게 할 수 있는 광학 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 관점은 광학 필름이다.
1.광학 필름은 기재층 및 상기 기재층의 일면 또는 양면에 형성된 코팅층을 포함하고, 상기 코팅층은 광 중합성 액정 고분자의 경화물 및 이색성 염료를 포함하고, 상기 광 중합성 액정 고분자의 측쇄 및 상기 이색성 염료는 각각 상기 경화물 내에서 경사 배향되어 있다.
2.1.에서 상기 광학 필름은 편광성 위상차 필름일 수 있다.
3.1-2에서, 상기 코팅층은 파장 550nm에서 면내 위상차(Re)가 500nm 이하일 수 있다.
4.1-3에서, 상기 광학 필름은 파장 550nm에서 면내 위상차(Re)가 500nm 이하 또는 6,000nm 이상일 수 있다.
5.1-4에서, 상기 코팅층은 일면 및 다른 일면에 배향막을 구비하지 않을 수 있다.
6.1-5에서, 상기 코팅층은 상기 기재층의 일면 또는 양면에 직접적으로 형성될 수 있다.
7.1-6에서, 상기 이색성 염료의 배향 방향을 0°라고 할 때 -20° 내지 20°로 투과되는 광의 광 투과율은 80% 이상일 수 있다.
8.1-7에서, 상기 이색성 염료의 배향 방향을 0°라고 할 때 -70° 이상 -45° 미만 또는 45° 초과 70° 이하로 투과되는 광의 광 투과율은 40% 이하일 수 있다.
9.1-8에서, 상기 이색성 염료는 상기 코팅층 중 0.1중량% 내지 5중량%로 포함될 수 있다.
10.1-9에서, 상기 코팅층은 두께가 0.1㎛ 내지 10㎛일 수 있다.
11.1-10에서, 상기 경사 배향은 상기 코팅층의 두께 방향을 0°라고 할 때 20° 내지 70° 방향일 수 있다.
12.1-11에서, 상기 측쇄의 배향 방향과 상기 이색성 염료의 배향 방향이 이루는 각도는 0° 내지 5°일 수 있다.
13.1-12에서, 상기 이색성 염료는 안트라퀴논계, 프탈로시아닌계, 포르피린아조계, 디아조계, 트리아조계 염료 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
14.1-13에서, 상기 광 중합성 액정 고분자는 고분자 주쇄, 상기 고분자 주쇄에 결합된 상기 측쇄를 구비하고, 상기 측쇄는 메소겐 및 감광성 작용기를 구비할 수 있다.
15.1-14에서, 상기 측쇄는 하기 화학식 1 또는 하기 화학식 2일 수 있다:
<화학식 1>
<화학식 2>
(상기 화학식 1, 화학식 2에서,
n은 1 내지 12의 정수, m은 1 내지 12의 정수,
X, Y는 각각 독립적으로 단일 결합, -COO-, -OCO-, -N=N-, -CH=CH- 또는 탄소수 6 내지 탄소수 10의 아릴렌이고,
W1, W2는 각각 독립적으로, 하기 화학식 3 내지 하기 화학식 10 중 어느 하나이다:
<화학식 3>
<화학식 4>
<화학식 5>
<화학식 6>
<화학식 7>
<화학식 8>
<화학식 9>
<화학식 10>
(상기 화학식 3 내지 화학식 10에서, R1 내지 R11은 각각 독립적으로, 수소, 할로겐, -CN, 탄소수 1 내지 탄소수 10의 알킬기, 탄소수 1 내지 탄소수 10의 알콕시기, 탄소수 1 내지 탄소수 10의 할로겐화된 알킬기, 또는 탄소수 1 내지 탄소수 10의 할로겐화된 알콕시기이고, R12는 탄소수 1 내지 탄소수 10의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 탄소수 10의 할로겐화된 알킬기이다).
16.1-15에서, 상기 기재층은 파장 550nm에서 면내 위상차(Re)가 500nm 이하 또는 6,000nm 이상일 수 있다.
17.1-16에서, 상기 기재층의 일면 또는 양면에 프라이머층, 하드코팅층, 내지문성층, 반사방지층, 저반사층, 안티글레어층 중 1종 이상이 더 형성될 수 있다.
18.1-17에서, 상기 기재층, 상기 코팅층 중 1종 이상의 일면 또는 양면에 적외선 차단층, 자외선 차단층 중 1종 이상이 더 형성될 수 있다.
본 발명의 광학표시장치는 본 발명의 광학 필름을 포함한다.
본 발명은 위상차 필름 및 원 편광 필름 역할을 동시에 할 수 있는 단일층의 코팅층을 구비한 광학 필름을 제공하였다.
본 발명은 단일층의 코팅층을 구비하고 배향막이 없어 구조가 간단한 광학 필름을 제공하였다.
본 발명은 광 투과 방향에 따라 광 투과율이 현저하게 달라서 광 투과의 선택성이 높은 광학 필름을 제공하였다.
본 발명은 시인 각도에 따라 광학표시장치의 화면이 보이게 하거나 보이지 않게 할 수 있는 광학 필름을 제공하였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필름의 코팅층의 두께 방향 단면의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학표시장치의 단면의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학표시장치의 단면의 개념도이다.
첨부한 도면과 실시예에 의하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 도면은 본 발명의 일 실시예를 나타내는 것일 뿐, 본 발명은 도면에 기재된 구성에 한정되지 아니하며, 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있고, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 도면에서 각 장치의 구성 요소를 명확하게 표현하기 위하여 상기 구성 요소의 폭이나 두께 등의 크기를 다소 확대하여 나타낸 것이며, 본 발명 중 상기 구성 요소의 폭이나 두께 등의 크기가 본 발명의 범위에 제한되는 것은 아니다.
본 명세서에서 "면내 위상차(Re)"는 하기 식 A로 표시된다:
<식 A>
Re = (nx - ny) x d
(상기 식 A에서, nx, ny는 파장 550nm에서 광학 소자의 지상축 방향의 굴절률, 진상축 방향의 굴절률이고, d는 광학 소자의 두께(단위:nm)이다). 상기 "광학 소자"는 각각 코팅층, 기재층 또는 광학 필름이 될 수 있다.
본 명세서에서 수치 범위 기재 시 "X 내지 Y"는 X 이상 Y 이하(X≤ 그리고 ≤Y)를 의미한다.
본 발명의 발명자는 기재층에 하기 상술되는 단일층의 코팅층을 구비할 때, 상기 코팅층만으로도 광 투과 방향에 따라 광 투과율이 현저하게 달라서 광 투과율의 선택성이 높음을 확인하였다. 따라서 본 발명의 광학 필름은 시인 각도에 따라 광학표시장치의 화면이 보이게 하거나 보이지 않게 할 수 있다. 본 발명의 광학 필름은 원 편광 필름과 경사형 위상차 필름의 적층체 대신에 사용할 수 있다. 특히, 본 발명의 광학 필름은 차량용 네비게이션 광학표시장치에 사용시 운전자의 시야를 가리지 않으면서도 야간에 챠량 윈드 쉴드 유리창에 비치는 현상을 제어할 수 있으며, 차량용 윈드 쉴드 창에 직접 부착시에는 운전자의 정면 시야각을 방해하지 않으면서도 햇빛 등의 광으로 인한 눈부심을 방지할 수 있고, 태양광을 받는 건축물 창문에 부착 시에도 건물 안에서의 시야각은 확보하면서도 특정 입사각 이상으로 입사되는 고각(高角)의 태양광을 흡수함으로써 여름철 냉방시 에너지 보존이 우수한 특성을 발휘할 수 있다. 또한, 본 발명의 광학 필름은 코팅층의 일면 또는 다른 일면 상에 배향막이 없어 구조가 간단하다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필름을 도 1을 참고하여 상세히 설명한다.
광학 필름은 기재층 및 기재층의 일면에 형성된 코팅층을 포함한다. 그러나, 코팅층은 기재층의 일면, 다른 일면 중 1종 이상에 형성될 수도 있다.
코팅층은 코팅층의 일면 및 코팅층의 다른 일면에 배향막을 구비하지 않는다. 따라서, 광학 필름은 배향막 없이 형성되므로 제조 공정이 간단하고 광학 필름의 박형화를 얻을 수 있다.
일 구체예에서, 코팅층은 코팅층용 조성물을 기재층의 일면에 직접 코팅하고 경화시켜 형성된다. 코팅층은 기재층의 일면에 직접적으로 형성되어 있다. 상기 "직접적으로 형성"은 기재층과 코팅층 사이에 임의의 점착층, 접착층, 또는 점접착층이 없이 코팅층이 기재층의 일면에 형성됨을 의미한다. 기재층과 코팅층 사이에는 배향막이 구비되지 않는다. 코팅층은 기재층의 일면 또는 양면에 직접적으로 형성될 수 있다.
이하, 기재층을 설명한다.
기재층은 코팅층을 지지하여, 광학 필름의 기계적 강도를 높일 수 있다. 코팅층을 상술한 방법으로 형성하는 경우, 기재층은 코팅층이 안정적으로 형성되도록 할 수 있다.
기재층은 광학적으로 투명한 수지 필름을 포함할 수 있다. 구체적으로, 기재층은 광 투과율이 90% 이상, 예를 들면 95% 이상, 99% 이상 100% 이하가 될 수 있다. 상기 범위에서, 코팅층으로부터 출사되는 광 및 외부로부터 광학 필름으로 입사되는 광의 효율을 높일 수 있다. 상기 수지는 트리아세틸셀룰로스(TAC) 등을 포함하는 셀룰로스 에스테르계 수지, 비정성 환상 폴리올레핀(COP) 등을 포함하는 고리형 폴리올레핀계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등을 포함하는 폴리에스테르계 수지, 폴리에테르술폰계 수지, 폴리술폰계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리이미드계 수지, 비환형-폴리올레핀계 수지, 폴리메틸메타아크릴레이트 수지 등을 포함하는 폴리(메타)아크릴레이트계 수지, 폴리비닐알코올계 수지, 폴리염화비닐계 수지, 폴리염화비닐리덴계 수지 중 1종 이상을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 바람직하게는, 상기 수지는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등을 포함하는 폴리에스테르계 수지, 트리아세틸셀룰로스(TAC) 등을 포함하는 셀룰로스 에스테르계 수지를 포함할 수 있다.
기재층은 두께가 20㎛ 내지 100㎛, 구체적으로 40㎛ 내지 80㎛가 될 수 있다. 상기 범위에서, 광학 필름에 사용되어 코팅층을 충분히 지지할 수 있다.
기재층은 면내 위상차(Re)가 없는 등방성 필름 또는 소정 범위의 면내 위상차(Re)를 갖는 위상차 필름이 될 수 있다. 이러한 경우, 기재층으로 인한 레인보우 무라 발생을 억제할 수 있다.
일 구체예에서, 기재층은 등방성 필름으로서, 상기 "등방성 필름"은 파장 550nm에서 Re가 500nm 이하, 예를 들면, 300nm 이하, 0nm 내지 50nm가 될 수 있다. 상기 범위에서, 액정 패널에서 출사되는 선 편광으로 인해 코팅층으로부터 출사되는 광 및 외부에서 광학 필름으로 입사되는 광의 레인보우 발생을 최소화할 수 있다.
일 구체예에서, 기재층은 파장 550nm에서 Re가 6,000nm 이상, 예를 들면 6,000nm 내지 15,000nm, 예를 들면 8,000nm 내지 12,000nm가 될 수 있다. 상기 범위에서, 레인보우 무라 발생을 막아 화면 시인성을 좋게 할 수 있고, 선글라스 효과(sunglass effect)를 방지할 수 있다. 상기 "선글라스 효과"는 선글라스를 끼고 LCD화면 시청시에 선글라스에 부착되어 있는 편광판의 흡수축과 LCD 패널 상부의 편광판에 의한 흡수축이 실질적으로 90°가 될 때 Cross-Polarization 상태가 되어 화면이 보이지 않게 되는 현상을 의미한다.
기재층은 상기 수지를 포함하는 기재층용 조성물을 용융 압출하여 제조될 수 있다. 또는 기재층은 상기 기재층용 조성물을 용융 압출하고 소정의 연신비로 연신하여 제조될 수도 있다.
기재층은 상기 수지로 형성된 단일층의 필름일 수도 있다. 그러나, 기재층의 일면 또는 양면에 기능성 코팅층이 더 형성됨으로써 기재층에 추가적인 기능을 제공할 수도 있다. 상기 기능성 코팅층은 프라이머층, 하드코팅층, 내지문성층, 반사방지(AR)층, 저반사층, 안티글레어(AG)층, 적외선 차단층, 자외선 차단층 등이 될 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
이하, 코팅층을 설명한다.
코팅층은 기재층의 일면에 형성되어 광학 필름에 광학적 기능을 제공할 수 있다. 코팅층은 기재층의 광 입사면 또는 광 출사면에 형성될 수 있다. 바람직하게는, 코팅층은 기재층의 광 입사면에 형성되어 광학표시장치의 광원으로부터 입사되는 내부 광이 코팅층, 기재층을 통과하면서 광학적 기능을 구현하도록 한다.
코팅층은 광 중합성 액정 고분자의 경화물 및 이색성 염료를 포함한다. 상기 광 중합성 액정 고분자의 경화물 내에 상기 이색성 염료가 함침되어 있어 코팅층은 상기 경화물과 상기 이색성 염료를 구비하는 단일층이 될 수 있다.
상기 광 중합성 액정 고분자의 측쇄 및 상기 이색성 염료는 각각 상기 경화물 내에서 경사 배향되어 있다. 도 1은 본 발명 일 실시예의 광학 필름 중 코팅층의 두께 방향의 단면의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 코팅층(100)은 광 중합성 액정 고분자의 경화물 및 이색성 염료(120)를 포함하는 단일층일 수 있다.
광 중합성 액정 고분자는 주쇄(110)와 측쇄(115)로 구성된다.
코팅층(100) 내에서 광 중합성 액정 고분자(110)의 측쇄(115)는 경사 배향되어 있다. 상기 "경사 배향"은 코팅층의 두께 방향을 0°라고 할 때, 0° 초과 90° 미만, 예를 들면 20° 내지 70°를 의미한다. 상기 경사 배향 각도 범위에서, 광학 필름을 광학표시장치에 사용시 액정에 따라 배향된 이색성 염료의 특성으로 인해 경사 방향으로 입사되는 광의 투과율이 가장 높고, 경사 방향과 다른 방향으로 입사되는 광의 투과율이 가장 낮은 광학적 효과를 얻을 수 있게 한다.
코팅층은 파장 550nm에서 Re가 500nm 이하, 구체적으로 0nm 내지 500nm, 더 구체적으로 100nm 내지 500nm가 될 수 있다. 상기 범위에서, 광학 필름을 네비게이션 광학표시장치에 사용시 별도의 원 편광 필름과 경사 위상차 필름을 구비하지 않더라도 특정 각도로의 투과율을 현저히 낮추어 비침 현상을 방지할 수 있는 동일한 광학적 효과를 얻을 수 있게 한다. 따라서, 코팅층 및 이를 구비하는 광학 필름은 편광성 위상차 필름이 될 수 있다.
광학 필름도 상기 코팅층을 구비함으로 인하여 파장 550nm에서 소정 범위의 면내 위상차를 가질 수 있다.
일 구체예에서, 광학 필름은 파장 550nm에서 Re가 500nm 이하, 구체적으로 0nm 내지 500nm, 더 구체적으로 100nm 내지 500nm가 될 수 있다. 상기 범위에서, 레인보우 무라 발생을 막아 외관 불량이 없을 수 있다.
다른 구체예에서, 광학 필름은 파장 550nm에서 Re가 6,000nm 이상, 구체적으로 6,000nm 내지 15,000nm, 더 구체적으로 8,000nm 내지 12,000nm가 될 수 있다. 상기 범위에서, 레인보우 무라 발생을 막아 화면 시인성을 좋게 할 수 있고,
다시 도 1을 참조하면, 이색성 염료(120) 역시 경사 배향되어 있다. 따라서, 이색성 염료의 배향 방향과 실질적으로 동일한 방향으로 투과되는 광의 투과율을 높이는 반면에, 이색성 염료의 배향 방향과 실질적으로 다른 방향으로 투과되는 광의 투과율은 낮출 수 있어, 코팅층이 일부 편광 필름으로서의 역할을 하여 광의 각도에 따른 투과의 선택성을 높일 수 있다.
상기 "실질적으로 동일한 방향으로 투과되는 광"은 이색성 염료의 배향 방향을 0°라고 할 때 -45° 내지 45°, 예를 들면 -20° 내지 20°, -10° 내지 10°의 범위로 투과되는 광을 의미할 수 있다. 상기 범위로 투과되는 광은 이색성 염료의 투입량과 이색성비에 따라 광 투과율이 80% 이상, 예를 들면 80% 내지 90%가 될 수 있다. 본 명세서에서 각도 표시할 때 '-'는 기준을 중심으로 반 시계 방향을 의미하고, 표시되지 않은 것은 기준을 중심으로 시계 방향을 의미한다. 예를 들어, -45° 내지 45°는 염료의 배향 방향을 0°라고 할 때, 반 시계 방향에서 45°, 시계 방향에서 45° 사이의 범위로 투과되는 광을 의미한다.
상기 "실질적으로 다른 방향으로 투과되는 광"은 이색성 염료의 배향 방향을 0°라고 할 때 -90° 이상 -45° 미만 또는 45° 초과 90° 이하, 예를 들면 -70° 이상 -45° 미만 또는 45° 초과 70° 이하의 범위로 투과되는 광을 의미할 수 있다. 상기 범위로 투과되는 광은 광 투과율이 40% 이하, 예를 들면 20% 내지 40%가 될 수 있다.
이와 같이, 광학 필름은 코팅층에 의해 목표로 하는 광 투과율을 얻고자 하는 방향이 결정되면 광 투과율은 코팅층 중 이색성 염료의 농도 및/또는 코팅층의 두께에 의해 조절될 수 있다. 상술 광 투과율을 확보하기 위해서, 코팅층 중 이색성 염료는 0.1중량% 내지 5중량%, 구체적으로 0.5중량% 내지 3중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 이색성 염료의 배향 방향과 실질적으로 동일한 방향으로 투과되는 광의 광 투과율을 높일 수 있다. 상술 광 투과율을 확보하기 위해서, 코팅층의 두께는 0.1㎛ 내지 10㎛, 구체적으로 0.5㎛ 내지 5㎛, 0.1㎛ 내지 5.0㎛, 더 구체적으로 1.0㎛ 내지 3.0㎛가 될 수 있다. 상기 범위에서, 이색성 염료의 배향 방향과 실질적으로 동일한 방향으로 투과되는 광의 광 투과율을 높일 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 이색성 염료(120)는 광 중합성 액정 고분자의 측쇄의 배향 방향과 실질적으로 동일한 방향으로 배향되어 있다. 하기 상술되겠지만, 광 중합성 액정 고분자와 이색성 염료를 포함하는 코팅층용 조성물을 기재층에 코팅한 후 LPUV(선편광 UV)를 경사 방향으로 조사하였을 때 광 중합성 액정 고분자가 선편광 UV 조사 방향에 대해 수직 방향으로 경사 배향되고 경화되며 이색성 염료 역시 측쇄의 경사 배향 방향과 동일한 방향으로 경사 배향되게 된다. 이색성 염료와 광 중합성 액정 고분자의 측쇄가 실질적으로 동일한 방향으로 배향됨으로써 광학 필름은 각도에 따른 광 투과 선택성을 최적으로 구현할 수 있다.
구체적으로, 상기 측쇄의 배향 방향과 상기 이색성 염료의 배향 방향이 이루는 각도는 적을수록 좋고, 예를 들면 0° 내지 5°가 될 수 있다. 상기 범위에서, 코팅층을 투과하는 광의 투과 방향에 따른 광 투과 선택성을 높일 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 이색성 염료(120)는 광 중합성 액정 고분자의 측쇄와 이웃하는 측쇄 사이에 배치될 수 있다. 이를 통해, 이색성 염료는 광학 필름 내에서 위치 안정성이 높아져 광학 필름의 광 투과 선택성에서 신뢰성을 높일 수 있다. 광학 필름 중 이색성 염료 중 적어도 일부는 광 중합성 액정 고분자의 측쇄와 이웃하는 측쇄 사이에 배치될 수 있다.
코팅층의 다른 일면 즉 기재층과 접하지 않는 면에는 점착층, 접착층, 기능성층 중 1종 이상이 더 형성될 수 있다. 점착층, 접착층 등의 광학 필름을 윈도우 필름, 패널 등에 점착시킬 수 있다. 일 구체예에서, 기능성층으로서 적외선 차단(IR Cut) 층, 자외선 차단층 등을 포함할 수 있다.
이하, 광 중합성 액정 고분자를 설명한다.
광 중합성 액정 고분자는 선 편광 UV 조사 방향에 대해 수직으로 배향되는 감광성 작용기를 구비하고 상기 감광성 작용기는 광 중합성 액정 고분자의 측쇄에 형성되어 있다. 이를 통해, 광 중합성 액정 고분자의 측쇄는 선 편광 UV 조사 방향에 대해 수직 방향으로 배향될 수 있다. 상기 감광성 작용기는 광 중합성 작용을 통해 이웃하는 측쇄와의 결합을 용이하게 할 수 있다.
광 중합성 액정 고분자는 선 편광 빛에 의한 조사 방향에 따른 경사 배향 효과를 얻을 수 있다. 광 중합성 액정 고분자는 액정성을 나타낼 수 있는 부위 예를 들어 메조겐(mesogen) 골격을 포함할 수 있다.
이하, 광 중합성 액정 고분자를 일 실시예를 설명한다.
광 중합성 액정 고분자는 고분자 주쇄, 고분자 주쇄에 결합된 측쇄를 구비할 수 있다. 광 중합성 액정 고분자는 액정성을 부여하기 위한 메조겐을 갖는다. 측쇄는 메조겐 및 감광성 작용기를 갖는다. 고분자 주쇄에 결합된 측쇄의 개수는 특별히 제한되지 않는다. 측쇄의 개수는 코팅층에 포함되는 이색성 염료의 종류, 액정층 형성시 UV 조사량 등에 따라 변경될 수 있다.
고분자 주쇄는 탄화수소, 아크릴레이트, 메타아크릴레이트, 말레이미드, N-페닐말레이미드, 실록산 등의 구조를 갖는 것을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
측쇄는 하기 화학식 1 또는 하기 화학식 2가 될 수 있다:
<화학식 1>
<화학식 2>
(상기 화학식 1, 화학식 2에서,
n은 1 내지 12의 정수, m은 1 내지 12의 정수,
X, Y는 각각 독립적으로 단일 결합, -COO-, -OCO-, -N=N-, -CH=CH- 또는 탄소수 6 내지 탄소수 10의 아릴렌이고,
W1, W2는 각각 독립적으로, 하기 화학식 3 내지 하기 화학식 10 중 어느 하나이다:
<화학식 3>
<화학식 4>
<화학식 5>
<화학식 6>
<화학식 7>
<화학식 8>
<화학식 9>
<화학식 10>
(상기 화학식 3 내지 화학식 10에서, R1 내지 R11은 각각 독립적으로, 수소, 할로겐, -CN, 탄소수 1 내지 탄소수 10의 알킬기, 탄소수 1 내지 탄소수 10의 알콕시기, 탄소수 1 내지 탄소수 10의 할로겐화된 알킬기, 또는 탄소수 1 내지 탄소수 10의 할로겐화된 알콕시기이고, R12는 탄소수 1 내지 탄소수 10의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 탄소수 10의 할로겐화된 알킬기이다).
이하, 이색성 염료를 설명한다.
이색성 염료는 광 중합성 액정 고분자와 게스트 호스트형 반응을 할 수 있는 것, 즉 광 중합성 액정 고분자의 배향 방향에 따라 배열될 수 있는 특성을 갖는 공지의 염료를 선택하여 사용할 수 있다. 예를 들면, 이색성 염료는 안트라퀴논계, 프탈로시아닌계, 포르피린아조계, 디아조계, 트리아조계 등의 아조계 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 일 구체예에서, 코팅층은 이색성 염료로서 아조계 이색성 염료를 포함할 수 있다.
이하, 광학 필름의 제조 방법을 설명한다.
광학 필름은 광 중합성 액정 고분자와 이색성 염료를 포함하는 코팅층용 조성물을 소정의 두께로 코팅하고, 건조시킨 후, 선 편광 UV를 일 방향으로 조사하고 액정성 발현 온도에서 유지시킴으로써 제조될 수 있다.
코팅층용 조성물은 광 중합성 액정 고분자와 이색성 염료를 포함할 수 있다. 코팅층용 조성물 중 이색성 염료의 함량은 목표로 하는 광 투과율 범위에 따라 조절될 수 있다. 이에 대해서는 상기에서 설명한 바와 같다. 코팅층용 조성물은 광 중합 개시제, 첨가제 등을 추가로 포함할 수 있다. 광 중합 개시제, 첨가제는 당업자에게 알려진 통상의 종류를 채용할 수 있다. 코팅층용 조성물은 당업자에게 알려진 통상의 용매를 포함할 수 있다.
코팅층용 조성물을 코팅한 후, 선 편광 UV를 일 방향으로 조사하여 광 중합성 액정 고분자를 상기 선 편광 UV의 조사 방향에 대해 수직 방향으로 배향시킬 수 있다. 광 중합성 액정 고분자의 배향 후 상기 코팅층을 액정성이 발현되는 온도 예를 들면 100℃ 내지 130℃에서 일정 시간 유지하게 되면 상기 광중합된 배향 방향에 따라 측쇄에 있는 액정성 moiety가 배향된다. 이후 액정이 배향됨에 따라 이색성 염료도 광 중합성 액정 고분자의 측쇄와 동일한 방향으로 배향될 수 있다. 이러한 현상은 Host-Guest 반응으로 널리 알려져있다. 최종 UV를 조사하여 선 편광 UV 조사 시 미 반응된 광중합성기를 반응시켜 경사 코팅 도막을 완성한다.
이하, 본 발명의 광학표시장치를 설명한다.
광학표시장치는 본 발명의 광학 필름을 포함할 수 있다. 광학표시장치는 액정표시장치, 유기발광표시장치 등의 발광표시장치 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 특히, 본 발명의 광학 필름은 차량용 네비게이션 광학표시장치에 사용될 수 있다.
도 2를 참고하여, 본 발명의 일 실시예의 광학표시장치를 설명한다.
도 2를 참조하면, 광학표시장치는 백라이트 유닛(100); 액정 패널(220) 및 액정 패널(220)의 일면에 적층된 시인측 편광판(230)과 액정 패널(220)의 다른 일면에 적층된 광원측 편광판(210)을 포함하는 액정 패널 적층체(200); 및 광학 필름(310)을 구비하는 터치 패널 적층체(300)을 구비하고, 광학 필름(310)은 본 발명의 광학필름을 포함할 수 있다.
시인측 편광판(230), 광원측 편광판(210)은 각각 편광자를 구비하며, 편광자의 일면 또는 양면에 형성된 보호필름을 구비할 수 있다. 액정 패널 적층체(200) 중 시인측 편광판(230)은 광학 필름(310) 대비 분리되어 형성되어 있다. 액정 패널 적층체(200)과 터치 패널 적층체(300)은 투명 점착 필름(OCA) 등으로 점착시켜 공기층이 없이 적층될 수도 있다.
도 2에서 도시되지 않았지만, 광학 필름(310)이 액정 패널 적층체(200) 중 시인측 편광판(230)에 포함될 수도 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되지는 않는다.
실시예
1
테트라히드로푸란 용매에 광 중합성 액정 고분자로서 HPOM(Hayashi Telempu社) 액정, 이색성 염료로서 M-1012(Mitsui Fine Chemical社)를 용해시켜 코팅층용 조성물을 제조하였다. 코팅층용 조성물은 고형분 기준으로 이색성 염료 3중량%를 포함한다.
기재층으로서 일면이 안티글레어 표면 처리된 트리아세틸 셀룰로스 필름(Fuji사, 두께:80㎛, 파장 550nm에서 Re: 5nm)을 사용하였다.
기재층 중 안티글레어 표면 처리되지 않은 면에 상기 제조한 코팅층용 조성물을 바 코터(#10 또는 #12)를 사용해서 건 도막 기준으로 2㎛ 내지 3㎛로 코팅하고, 80℃에서 3분 동안 건조시켰다. 이후, 고압 수은 램프에 와이어 그리드 편광자를 장착하여 300~360nm 파장의 누적 광량이 100mJ/cm2 수준에서 일 방향으로 선 편광 UV가 출사되도록 하여, 상기 얻은 건 도막에 하기 입사각 범위로 조사한 후, 130℃에서 5분 내지 10분 동안 열처리함으로써 광 중합성 액정 고분자의 측쇄를 배향시키고 광 중합성 액정 고분자의 측쇄가 배향됨에 따라 이색성 염료도 광 중합성 액정 고분자의 측쇄와 동일한 방향으로 배향되도록 하였다. 그런 다음 300 내지 500mJ/cm2으로 UV를 조사하여 최종 코팅층을 형성하였다. 코팅층은 이색성 염료를 코팅층용 조성물 중 고형분 기준으로 이색성 염료와 동일한 함량 3중량%로 포함하였다.
실시예
2 내지
실시예
3
실시예 1에서, 코팅층 중 코팅층 두께, 이색성 염료의 농도, 경사 배향 각도를 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로, 광학 필름을 제조하였다.
실시예
4
실시예 1에서, 기재층을 폴리에틸렌테레프탈레이트(Toyobo사 SRF, 두께:80㎛, 파장 550nm에서 Re: 8,000nm)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로, 광학 필름을 제조하였다.
비교예
1
실시예 1에서 코팅층용 조성물에 광 중합성 액정 고분자로 BASF사 LC242액정(액정 고분자 내에 선 편광 UV에 대해 배향성을 갖는 성분이 없어, 별도의 광 배향막 없이는 배향이 되지 않음)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 광학 필름을 제조하였다.
실시예와 비교예에서 제조한 광학 필름에 대해 하기 물성을 평가하고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
(1)측정 각도에 따른 광 투과율(단위:%): 광학 필름에 대하여 Nippon-Densoku사의 UV Spectrometer의 투과율 mode로 측정하였고, 샘플 장착대에 별도의 회전 각도 제어가 가능한 치구를 제작하여 각도별 투과율을 측정하였다.
(2)코팅층 및 광학 필름의 면내 위상차(단위: nm): 무 위상차의 기재 필름에 코팅층용 조성물을 실시예 및 비교예와 동일한 방법으로 코팅하여 코팅층을 형성하였다. 그런 다음 무 위상차의 기재 필름과 코팅층의 적층체에 대해 파장 550nm에서 면내 위상차를 측정하였으며 이를 코팅층의 면내 위상차라고 하였다. 실시예와 비교예의 광학 필름에 대해 파장 550nm에서 면내 위상차를 측정하였다. 면내 위상차는 Axoscan을 사용해서 측정하였다.
(3)무지개 얼룩: 실시예와 비교예에서 제조한 광학 필름을 시인측 편광판, 액정 패널 및 광원측 편광판을 구비하는 액정 조립체(파인드라이브 BF500)에 시인측 편광판 상에 장착하였다. 정면에서 무지개 얼룩이 발생하는지 여부를 육안으로 평가하였다. 무지개 얼룩이 발생하지 않는 경우 "o", 무지개 얼룩이 발생하는 경우 "x"로 평가하였다.
| 실시예 | 비교예 | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 1 | ||
| 코팅층 | 두께(㎛) | 2.5 | 2.5 | 4 | 2.5 | 2.5 |
| 이색성 염료(중량%) | 3 | 3 | 2 | 3 | 3 | |
| 경사 배향 각도(°) | 20 | 40 | 20 | 20 | - | |
| 광 투과율 | ＠0° | 60 | 40 | 60 | 60 | 60 |
| ＠20° | 80 | 60 | 80 | 80 | 60 | |
| ＠40° | 60 | 80 | 60 | 60 | 60 | |
| ＠60° | 40 | 60 | 40 | 40 | 60 | |
| 코팅층의 면내 위상차(nm) | 270 | 350 | 430 | 270 | 270 | |
| 광학 필름의 면내 위상차(nm) | 275 | 355 | 435 | 8,270 | 275 | |
| 무지개 얼룩 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | |
상기 표 1에서와 같이, 본 발명의 광학 필름은 광 투과 방향에 따라 광 투과율이 현저하게 달라서 광 투과의 선택성이 높았으며, 위상차 필름 및 편광 필름 역할을 동시에 할 수 있고, 배향막이 없어 구조가 간단하였다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
Claims (20)
- 기재층 및 상기 기재층의 일면 또는 양면에 형성된 코팅층을 포함하고,
상기 코팅층은 광 중합성 액정 고분자의 경화물 및 이색성 염료를 포함하고,
상기 광 중합성 액정 고분자의 측쇄 및 상기 이색성 염료는 각각 상기 경화물 내에서 경사 배향되어 있고,
상기 이색성 염료는 상기 광 중합성 액정 고분자의 측쇄의 배향 방향과 실질적으로 동일한 방향으로 배향되어 있는 것인, 광학 필름.
- 제1항에 있어서, 상기 광학 필름은 편광성 위상차 필름인 것인, 광학 필름.
- 제1항에 있어서, 상기 코팅층은 파장 550nm에서 면내 위상차(Re)가 500nm 이하인 광학 필름.
- 제1항에 있어서, 상기 광학 필름은 파장 550nm에서 면내 위상차(Re)가 500nm 이하 또는 6,000nm 이상인 것인, 광학 필름.
- 제1항에 있어서, 상기 코팅층은 일면 및 다른 일면에 배향막을 구비하지 않는 것인, 광학 필름.
- 제1항에 있어서, 상기 코팅층은 상기 기재층의 일면 또는 양면에 직접적으로 형성된 것인, 광학 필름.
- 제1항에 있어서, 상기 이색성 염료의 배향 방향을 0°라고 할 때 -20° 내지 20°로 투과되는 광의 광 투과율은 80% 이상인 것인, 광학 필름.
- 제1항에 있어서, 상기 이색성 염료의 배향 방향을 0°라고 할 때 -70° 이상 -45° 미만 또는 45° 초과 70° 이하로 투과되는 광의 광 투과율은 40% 이하인 것인, 광학 필름.
- 제1항에 있어서, 상기 이색성 염료는 상기 코팅층 중 0.1중량% 내지 5중량%로 포함되는 것인, 광학 필름.
- 제1항에 있어서, 상기 코팅층은 두께가 0.1㎛ 내지 10㎛인 것인, 광학 필름.
- 제1항에 있어서, 상기 경사 배향은 상기 코팅층의 두께 방향을 0°라고 할 때 20° 내지 70° 방향인 것인, 광학 필름.
- 제1항에 있어서, 상기 측쇄의 배향 방향과 상기 이색성 염료의 배향 방향이 이루는 각도는 0° 내지 5°인 것인, 광학 필름.
- 제1항에 있어서, 상기 이색성 염료는 안트라퀴논계, 프탈로시아닌계, 포르피린아조계, 디아조계, 트리아조계 염료 중 1종 이상을 포함하는 것인, 광학 필름.
- 제1항에 있어서, 상기 광 중합성 액정 고분자는 고분자 주쇄, 상기 고분자 주쇄에 결합된 상기 측쇄를 구비하고, 상기 측쇄는 메소겐 및 감광성 작용기를 구비하는 것인, 광학 필름.
- 제14항에 있어서, 상기 측쇄는 하기 화학식 1 또는 하기 화학식 2인 것인, 광학 필름:
<화학식 1>
<화학식 2>
(상기 화학식 1, 화학식 2에서,
n은 1 내지 12의 정수, m은 1 내지 12의 정수,
X, Y는 각각 독립적으로 단일 결합, -COO-, -OCO-, -N=N-, -CH=CH- 또는 탄소수 6 내지 탄소수 10의 아릴렌이고,
W1, W2는 각각 독립적으로, 하기 화학식 3 내지 하기 화학식 10 중 어느 하나이다:
<화학식 3>
<화학식 4>
<화학식 5>
<화학식 6>
<화학식 7>
<화학식 8>
<화학식 9>
<화학식 10>
(상기 화학식 3 내지 화학식 10에서, R1 내지 R11은 각각 독립적으로, 수소, 할로겐, -CN, 탄소수 1 내지 탄소수 10의 알킬기, 탄소수 1 내지 탄소수 10의 알콕시기, 탄소수 1 내지 탄소수 10의 할로겐화된 알킬기, 또는 탄소수 1 내지 탄소수 10의 할로겐화된 알콕시기이고, R12는 탄소수 1 내지 탄소수 10의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 탄소수 10의 할로겐화된 알킬기이다).
- 제1항에 있어서, 상기 기재층은 파장 550nm에서 면내 위상차(Re)가 500nm 이하 또는 6,000nm 이상인 것인, 광학 필름.
- 제1항에 있어서, 상기 기재층의 일면 또는 양면에 프라이머층, 하드코팅층, 내지문성층, 반사방지층, 저반사층, 안티글레어층 중 1종 이상이 더 형성된 것인, 광학 필름.
- 제1항에 있어서, 상기 기재층, 상기 코팅층 중 1종 이상의 일면 또는 양면에 적외선 차단층, 자외선 차단층 중 1종 이상이 더 형성된 것인, 광학 필름.
- 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항의 광학 필름을 포함하는 광학표시장치.
- 제19항에 있어서, 상기 광학표시장치는 백라이트 유닛; 액정 패널 및 상기 액정 패널의 일면에 적층된 시인측 편광판과 상기 액정 패널의 다른 일면에 적층된 광원측 편광판을 포함하는 액정 패널 적층체; 및 상기 광학 필름을 구비하는 터치 패널 적층체를 구비하는 것인, 광학표시장치.
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| KR1020180164915A KR102705605B1 (ko) | 2018-12-19 | 2018-12-19 | 광학 필름 및 이를 포함하는 광학표시장치 |
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