KR102762388B1

KR102762388B1 - 편광판

Info

Publication number: KR102762388B1
Application number: KR1020190127118A
Authority: KR
Inventors: 장준원; 박순천; 박문수; 문병준
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2019-10-14
Filing date: 2019-10-14
Publication date: 2025-02-05
Anticipated expiration: 2039-10-14
Also published as: KR20210044040A

Abstract

본 출원은, 편광판에 대한 것이다. 본 출원은, 디스플레이 장치에 적용되어서 경사각에서도 높은 CR(Contrast Ratio)을 확보할 수 있고, 블랙(black) 상태에서의 빛샘 현상을 제어할 수 있는 편광판을 제공하는 것을 하나의 목적으로 한다. 본 출원의 상기 편광판은, 일 예시에서 소위 면상 스위칭 모드의 액정 패널에 적용되는 것일 수 있으며, 상기에서 면상 스위칭 모드의 액정 패널은, 비접촉식 배향막을 가지는 액정 패널일 수 있다.

Description

편광판{Polarizing Plate}

본 출원은, 편광판에 관한 것이다.

액정 디스플레이(LCD, Liquid Crystal Display)는, TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertical Alignment) 및 IPS(In-Plane Switching) 모드 등으로 구분될 수 있다. 상기에서 TN(Twisted Nematic) 모드는, 상대적으로 단순한 구조를 가진 액정 디스플레이지만, 액정의 배열이 시야각에 따라 비대칭적이기 때문에 시야각이 제한되는 문제가 있다.

VA(Vertical Alignment) 및 IPS(In-Plane Switching) 모드는 TN 모드의 단점을 보완하기 위하여 연구된 모드이고, 특히 IPS 모드는 광시야각의 구현에 유리하다.

통상 액정 디스플레이는 액정 패널을 포함하고, 액정 패널은 도 1과 같이 대향 배치된 2장의 기판(101, 102)의 사이에 액정 물질(200)을 포함한다. 도면과 같이 상기 2장의 기판(101, 102)의 테두리는 소위 실런트(300)로 봉해지고, 그 사이에 액정 물질이 위치한다. 기판(101, 102)의 액정 물질을 향하는 면에는 액정 배향막(401, 402)이 존재하며, 이 액정 배향막(401, 402)의 배향 방향은, 액정 패널의 모드에 따라 정해진다. 이와 같은 액정 패널의 양면에 통상 편광판(501, 502)이 부착된다.

상기 액정 배향막(401, 402)으로는 소위 러빙 배향막으로 불리우는 배향막으로서, 러빙 처리에 의해 배향성을 부여한 막이 주로 사용되고 있고, 최근에는 소위 광배향막 등과 같은 비접촉식 배향막도 적용되고 있다.

종래 소위 면상 스위칭(In-Plane Switching) 모드의 보상을 위해 다양한 광학 구조가 제안되어 있는데, 이러한 광학 구조는, 대부분 액정 패널 자체의 비대칭성을 고려하여 설계되어 있다.

즉, 종래 적용되던 러빙 배향막은 일정 수준 이상의 큰 프리틸트(pre-tilt) 각도를 가지기 때문에 액정 물질들이 일정 수준 이상의 비대칭성을 가지고 있다. 따라서, 종래의 광학 보상 구조는 액정 패널의 상기 비대칭성도 고려한 것이 대부분이다.

그런데, 최근 적용되고 있는 비접촉식 배향막(예를 들면, 광 배향막 등)은 프리틸트가 거의 없거나, 그 각도가 매우 작아서 액정 패널이 보다 대칭성을 가지는데, 이러한 새로운 액정 패널에는 종래의 광학 보상 구조가 적절하게 적용되지 못하는 문제가 있다.

본 출원은, 편광판에 대한 것이다. 본 출원은, 디스플레이 장치에 적용되어서 경사각에서도 높은 CR(Contrast Ratio)을 확보할 수 있고, 블랙(black) 상태에서의 빛샘 현상을 제어할 수 있는 편광판을 제공하는 것을 하나의 목적으로 한다.

본 출원의 상기 편광판은, 일 예시에서 소위 면상 스위칭 모드의 액정 패널에 적용되는 것일 수 있으며, 상기에서 면상 스위칭 모드의 액정 패널은, 비접촉식 배향막을 가지는 액정 패널일 수 있다.

본 명세서에서 언급하는 위상차, 굴절률 및/또는 굴절률 이방성 등의 광학 특성의 기준 파장은, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 대략 550nm이다.

본 명세서에서 용어 면내 위상차는 하기 수식 1에 의해 규정되는 광학 특성이고, 두께 방향 위상차는 하기 수식 2에 의해 규정되는 광학 특성이며, Nz 계수는 하기 수식 3에 의해 정해지는 광학 특성이다.

[수식 1]

R_in = d × (n_x - n_y)

[수식 2]

R_th = d × (n_z - n_y)

[수식 3]

Nz = (n_x - n_z) / (n_x - n_y)

수식 1 내지 3에서 R_in은 면내 위상차이고, R_th는 두께 방향 위상차이며, d는 층의 두께이며, n_x는 층의 지상축 방향 굴절률이고, n_y는 층의 진상축 방향의 굴절률이며, n_z는 층의 두께 방향의 굴절률이다.

상기에서 용어 층은, 면내 위상차, 두께 방향 위상차 및/또는 Nz 계수의 측정 대상의 층이고, 따라서, 예를 들어, 위상차층의 면내 위상차, 두께 방향 위상차 및 Nz 계수를 구하는 상기 수식들에서의 층은 상기 위상차층이다.

본 명세서에서 각도를 정의하는 용어 수직, 수평, 직교 및 평행은 실질적인 의미에서의 수직, 수평, 직교 및 평행으로서, 대략 ±10도 이내, ±9도 이내, ±8도 이내, ±7도 이내, ±6도 이내, ±5도 이내, ±4도 이내, ±3도 이내, ±2도 이내 또는 ±1도 이내의 오차를 포함할 수 있다.

본 명세서에서 언급하는 용어 경사각은 특별히 달리 규정하지 않는 한 다음과 같이 정의된다. 도 2에서 x축과 y축에 의해 형성되는 평면을 기준면(예를 들면, 기준면은 디스플레이 장치에서 화상이 표시되는 디스플레이면 또는 편광판의 표면일 수 있다)이라고 할 때에 그 기준면의 법선인 z축에 대해서 도 2와 같이 형성되는 각도를 경사각으로 정의한다(도 2에서 P지점에서의 경사각은 Θ). 도 2에서 x축과 y축에 의해 형성되는 평면을 기준면(예를 들면, 기준면은 디스플레이 장치에서 화상이 표시되는 디스플레이면 또는 편광판의 표면일 수 있다)이라고 할 때에 그 기준면에서의 임의의 축을 도면상의 x축으로 하여 기준축으로 하고, 그 기준축과의 각도를 0도로 한 때에 해당 x축에 대해서 도 2와 같이 형성되는 각도를 동경각으로 정의한다(도 2에서 P 지점에서의 동경각은 Φ).

본 출원의 편광판은, 적어도 편광층, 제 1 위상차층 및 제 2 위상차층을 포함할 수 있다. 상기에서 편광층은, 흡수형이거나, 반사형 편광층일 수 있으며, 일 예시에서는 흡수형 선형 편광층일 수 있다. 따라서, 상기 흡수형 편광층은 일 방향으로 형성된 투과축과 그와는 다른 방향으로 형성된 흡수축을 가질 수 있다. 통상 흡수형 선형 편광층에서 투과축과 흡수축은 서로 수직하게 형성된다.

본 명세서에서 용어 편광층은 반사형 또는 흡수형 편광 기능을 가지는 필름, 시트 또는 소자를 의미한다. 편광층은 여러 방향으로 진동하는 입사광으로부터 한쪽 방향으로 진동하는 광을 추출할 수 있는 기능성 소자이다.

본 출원에서 편광층으로는, 흡수형 선형 편광층을 사용할 수 있다. 이러한 편광층으로는, 대표적으로 PVA(poly(vinyl alcohol)) 편광층이 알려져 있지만, 본 출원에서 적용될 수 있는 편광층의 종류가 상기 PVA 편광층에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 수평 배향된 상태로 중합된 액정 호스트와 이색성 염료를 포함하는 편광층으로서, 소위 코팅형 편광층으로 공지된 편광층도 본 출원에서 적용될 수 있다.

상기와 같은 편광층들은 다양하게 공지되어 있고, 그러한 편광층의 제조 방법이나 입수 방법도 잘 알려져 있다. 본 출원에서는 특별한 제한 없이 이러한 공지의 편광층들이 적용될 수 있다.

상기 적용되는 흡수형 편광층의 두께에는 특별한 제한은 없고, 공지의 편광층이 가지는 두께를 가질 수 있다. 상기 편광층의 두께는 예를 들어, 대략 0.5 ㎛ 내지 30 ㎛ 의 범위 내일 수 있다. 다른 예시에서, 약 1㎛ 이상, 약 2㎛ 이상, 약 3㎛ 이상, 약 4㎛ 이상, 약 5㎛ 이상, 약 6㎛ 이상 또는 약 7㎛ 이상이거나 약 25㎛ 이하, 약 20㎛ 이하, 약 15㎛ 이하, 약 10㎛ 이하, 약 9㎛ 이하, 약 8㎛ 이하 또는 약 7㎛ 이하일 수 있다.

상기 적용되는 흡수형 편광층의 단체투과율은 특별한 제한은 없고, 예를 들어, 약 20% 이상일 수 있다. 다른 예시에서, 약 25% 이상, 약 30% 이상, 약 35% 이상 또는 약 40% 이상이거나 약 95%이하일 수 있다. 또한, 상기 흡수형 편광층의 편광도는 하나의 예시에서, 95% 이상일 수 있으며, 다른 예시에서 96% 이상, 97% 이상, 98% 이상, 99% 이상, 99.1% 이상, 99.2% 이상, 99.3% 이상, 99.4% 이상, 99.5% 이상, 99.6% 이상, 99.7% 이상, 99.8% 이상, 99.9% 이상 또는 99.995% 이상이거나 100%이하 또는 99.995% 이하일 수 있다.

본 출원의 편광판에서 상기 제 1 및 제 2 위상차층은 상기 편광층의 일면에 위치할 수 있고, 구체적으로는 상기 편광층의 하부에 위치할 수 있다. 본 명세서에서 용어 하부는, 상기 편광층에서 상기 제 1 또는 제 2 위상차층으로 향하는 방향을 의미하고, 상부는 그 반대 방향을 의미한다. 일 예시에서 상기 하부는, 본 출원의 편광판이 액정 디스플레이 장치에 적용되었을 때에 상기 편광판에서 상기 디스플레이 장치로 향하는 방향과 일치할 수 있다.

일 예시에서, 상기 편광판에서는 상기 편광층의 하부에 상기 제 1 위상차층이 존재하고, 상기 제 1 위상차층의 하부에 상기 제 2 위상차층이 존재하여, 도 3과 같이 편광층(300), 제 1 위상차층(100) 및 제 2 위상차층(200)이 상기 순서로 적층되어 있을 수 있다.

본 출원의 편광판은, 상기와 같은 위치 관계를 가지고 각 위상차층의 광학 특성을 하기와 같이 설계하여, 디스플레이 장치, 특히 비접촉식 배향막을 가지는 IPS(In-Plane Switching) 모드의 액정 디스플레이 장치에 적용되어서 경사각에서도 높은 CR(Contrast Ratio)을 확보하고, 블랙(black) 상태에서의 빛샘 현상을 제어할 수 있는 편광판을 제공할 수 있다.

본 출원에서 상기 제 1 위상차층은 예를 들어, 550nm 파장의 광에 대한 상기 수식 1에 따른 면내 위상차가 90nm 내지 145nm의 범위 내일 수 있다. 상기 면내 위상차는 다른 예시에서 약 91nm 이상, 92nm 이상, 93nm 이상, 94nm 이상, 95nm 이상, 96nm 이상, 97nm 이상, 98nm 이상, 99nm 이상, 100nm 이상, 101nm 이상, 102nm 이상, 103nm 이상, 104nm 이상 또는 105nm 이상이거나 144nm 이하, 143nm 이하, 142nm 이하, 141nm 이하, 140nm 이하, 139nm 이하, 138nm 이하, 137nm 이하, 136nm 이하, 135nm 이하, 134nm 이하 또는 133nm 이하일 수 있다.

상기 제 1 위상차층은 예를 들어, 550nm 파장의 광에 대한 두께 방향 위상차가 대략 -10 내지 10 nm의 범위 내일 수 있다. 상기 두께 방향 위상차는 다른 예시에서 대략 -9 nm 이상, -8 nm 이상, -7 nm 이상, -6 nm 이상, -5 nm 이상, -4 nm 이상, -3 nm 이상, -2 nm 이상, -1 nm 이상 또는 -0.5nm 이상이거나 9 nm 이하, 8 nm 이하, 7 nm 이하, 6 nm 이하, 5 nm 이하, 4 nm 이하, 3 nm 이하, 2 nm 이하, 1 nm 이하 또는 0.5 nm 이하일 수 있다.

본 출원에서 제 1 위상차층은 상기와 같은 면내 위상차를 가지면서 소정 범위로 설계된 분산 특성을 가질 수 있다. 제 1 위상차층은, 하기 수식 5에 따른 면내 위상차에 대한 분산 계수가 0.5 초과 1 미만의 범위 내일 수 있다. 즉, 본 출원의 제 1 위상차층은 역파장분산(negative dispersion) 특성을 나타낼 수 있다.

[수식 5]

분산 계수 = R_in(450)/R_in(550)

수식 5에서 R_in(450)은 제 1 위상차층의 450 nm 파장을 기준으로 한 면내 위상차이고, R_in(550)은 제 1 위상차층의 550 nm 파장을 기준으로 한 면내 위상차이다.

본 명세서에서 용어 역파장분산 특성은 파장이 길어질수록 복굴절률(△이 증가하는 특성을 의미한다. 또한, 용어 복굴절률(△은 이상굴절률(n_e)과 정상굴절률(n_o) 간의 차이(n_e-n_o)를 의미한다. 본 출원의 경우, 편광판에 적용되는 상기 제 1 위상차층의 분산 계수를 상기와 같이 제어함으로써, 모든 가시광선 영역 대에서 대략 동일한 위상차 값을 가져 적절한 보상 효과를 나타낼 수 있는 편광판을 제공할 수 있다.

상기 분산 계수는 다른 예시에서, 0.55초과, 0.60 초과, 0.65 초과, 0.70 초과, 0.75 초과, 0.80 초과, 0.81 초과, 0.82 초과, 0.83 초과, 0.84 초과, 0.85 초과, 0.86 초과, 0.87 초과, 0.88 초과, 0.89 초과 또는 0.90 초과이거나 0.99 미만, 0.98 미만, 0.97 미만, 0.96 미만, 0.95 미만, 0.94 미만, 0.93 미만, 0.92 미만, 0.91 미만, 0.90 미만, 0.89 미만, 0.88 미만, 0.87 미만, 0.86 미만 또는 0.85 미만일 수 있다.

본 출원에서 상기 제 1 위상차층은 상기 수식 5에 따른 분산 계수 및/또는 면내 위상차 등의 광학 특성이 상기와 같이 제어되고 소정 위치에서 후술하는 제 2 위상차층과 조합됨으로써, 가시광 영역의 광에 대해서 파장에 따른 적절한 보상 기능을 하여 본 출원의 목적에 적합한 효과를 달성할 수 있다.

본 출원에서, 예를 들어, 편광판의 상기 제 1 위상차층의 하부에는 제 2 위상차층이 존재할 수 있다.

본 출원에서 상기 제 2 위상차층은 예를 들어, 550nm 파장의 광에 대한 상기 수식 1에 따른 면내 위상차가 대략 55nm 내지 85nm의 범위 내일 수 있다. 상기 면내 위상차는 다른 예시에서 대략 60nm 이상, 대략 61 nm 이상, 대략 62 nm 이상, 대략 63 nm 이상, 64 nm 이상, 대략 65 nm 이상, 대략 66 nm 이상, 대략 67 nm 이상, 대략 68 nm 이상, 대략 69 nm 이상, 대략 70 nm 이상, 대략 71 nm 이상, 대략 72 nm 이상, 대략 73 nm 이상, 대략 74 nm 이상, 대략 75 nm 이상 또는 대략 76 nm 이상이거나 대략 84 nm 이하, 대략 83 nm 이하, 대략 82 nm 이하, 대략 81 nm 이하, 대략 80 nm 이하, 대략 79 nm 이하, 대략 78 nm 이하, 대략 77 nm 이하, 대략 76 nm 이하, 대략 75 nm 이하, 대략 74 nm 이하, 대략 73 nm 이하, 대략 72 nm 이하, 대략 71 nm 이하, 대략 70 nm 이하, 대략 69 nm 이하, 대략 68 nm 이하, 대략 67 nm 이하, 대략 66 nm 이하, 대략 65 nm 이하 또는 대략 64 nm 이하일 수 있다.

상기 제 2 위상차층은 예를 들어, 550nm 파장의 광에 대한 두께 방향 위상차가 대략 85 내지 125 nm의 범위 내일 수 있다. 상기 두께 방향 위상차는 다른 예시에서 대략 86 nm 이상, 87 nm 이상, 88 nm 이상, 89 nm 이상, 90 nm 이상, 91 nm 이상, 92 nm 이상, 93 nm 이상, 94 nm 이상, 95 nm 이상, 96 nm 이상, 97 nm 이상, 98 nm 이상, 99 nm 이상, 100 nm 이상, 101 nm 이상, 102 nm 이상, 103 nm 이상, 104 nm 이상, 105 nm 이상, 106 nm 이상, 107 nm 이상, 108 nm 이상, 109 nm 이상, 110 nm 이상, 111 nm 이상 또는 112 nm 이상이거나 124 nm 이하, 123 nm 이하, 122 nm 이하, 121 nm 이하, 120 nm 이하, 119 nm 이하, 118 nm 이하, 117 nm 이하, 116 nm 이하, 115 nm 이하, 114 nm 이하, 113 nm 이하, 112 nm 이하, 111 nm 이하, 110 nm 이하, 109 nm 이하, 108 nm 이하, 107 nm 이하, 106 nm 이하, 105 nm 이하, 104 nm 이하, 103 nm 이하, 102 nm 이하, 101 nm 이하, 100 nm 이하, 99 nm 이하, 98 nm 이하, 97 nm 이하, 96 nm 이하, 95 nm 이하 또는 94 nm 이하일 수 있다.

본 출원에서 제 2 위상차층으로, 예를 들어, 상기와 같은 범위의 면내 위상차 및/또는 두께 방향 위상차를 나타내면서 하기 수식 3에 따른 Nz 계수가 -0.6 내지 -0.2의 범위 내인 위상차층을 적용할 수 있다.

[수식 3]

Nz = (n_x - n_z) / (n_x - n_y)

수식 3에서 n_x는 층의 지상축 방향 굴절률이고, n_y는 층의 진상축 방향의 굴절률이며, n_z는 층의 두께 방향의 굴절률이다.

상기 수식 3에 따른 Nz 계수는 다른 예시에서, -0.55 이상, -0.5 이상, -0.495 이상, -0.49 이상, -0.485 이상 또는 -0.48 이상이거나 -0.3 이하, -0.4 이하, -0.41 이하, -0.42 이하, -0.43 이하, -0.44 이하, -0.45 이하, -0.46 이하, -0.47 이하, -0.48 이하 또는 -0.49 이하일 수 있다.

본 출원의 편광판은, 상기와 같은 범위의 Nz 계수를 가지는 위상차층을 도입함으로써 소위 블랙(black) 상태에서 편광판의 빛샘 현상을 더욱 효과적으로 제어할 수 있다.

상기 제 2 위상차층은, 550 nm 파장을 기준으로 한 면내 위상차, 두께 방향 위상차 및/또는 Nz값이 위에 기술한 범위 내이면서 소정 범위로 설계된 파장 분산 특성을 나타내는 것이 효과적일 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 위상차층은, 하기 수식 4에 따른 두께 방향 위상차에 따른 분산 계수가 1 이상 1.2 미만의 범위 내일 수 있다.

[수식 4]

분산 계수 = R_th(450)/R_th(550)

수식 4에서 R_th(450)은 제 2 위상차층의 450 nm 파장을 기준으로 한 두께 방향 위상차이고, R_th(550)은 제 2 위상차층의 550 nm 파장을 기준으로 한 두께 방향 위상차이다.

다른 예시에서, 상기 수식 4에 따른 분산 계수는 1.01 이상, 1.02 이상, 1.03 이상, 1.04 이상, 1.05 이상 또는 1.06 이상이거나 1.1 미만, 1.09 미만, 1.08 미만, 1.07 미만, 1.06 미만, 1.05 미만, 1.04 미만, 1.03 미만, 1.02 미만 또는 1.01 미만일 수 있다.

제 2 위상차층이 상기 범위의 두께 방향 위상차의 분산 특성, 위상차값 및/또는 Nz값을 나타내는 경우, 전술한 제 1 위상차층과의 조합을 통해 가시광 영역 내에서 파장에 따라서 적절한 수준의 보상 기능을 나타낼 수 있고, 그에 따라 본 출원에서 목적하는 특성이 효과적으로 확보될 수 있다. 본 출원에서, 상기 편광판의 상기와 같은 배치에서 제 1 위상차층은, 예를 들어, 그 지상축이 편광층의 흡수축과 서로 수직을 이룰 수 있다. 상기에서 용어 수직은 실질적인 수직으로서 상기 축들이 대략 80도 내지 100도의 범위 내의 각도를 이루는 것을 포함하는 의미이다.

상기와 같이 제 1 위상차층의 지상축과 편광층의 흡수축이 서로 수직하도록 배치하면서 후술하는 제 2 위상차층의 지상축과 편광층의 흡수축의 각도를 일정 범위 내로 규정함으로써, 본 출원이 목적하는 효과를 이룰 수 있도록 광 경로가 제어될 수 있다.

본 출원에서, 제 2 위상차층 또한, 예를 들어, 그 지상축이 편광층의 흡수축과 서로 수직을 이룰 수 있다.

본 출원에서 상기 제 1 위상차층의 지상축과 편광층의 흡수축 간의 각도 및/또는 제 2 위상차층의 지상축과 편광층의 흡수층 간의 각도는 다른 예시에서, 대략 81도 이상, 82도 이상, 83도 이상, 84도 이상, 85도 이상, 86도 이상, 87도 이상, 88도 이상, 89도 이상 또는 90도 이상이거나 99도 이하, 98도 이하, 97도 이하, 96도 이하, 95도 이하, 94도 이하, 93도 이하, 92도 이하, 91도 이하 또는 90도 이하 정도일 수 있다.

본 출원의 편광판은, 예를 들어, 상기와 같은 위치 관계를 가지고 각 위상차층의 광학 특성 및/또는 후술하는 추가적인 특성을 제어함으로써, 디스플레이 장치, 특히 비접촉식 배향막을 가지는 IPS(In-Plane Switching) 모드의 액정 디스플레이 장치에 적용되어서 경사각에서도 높은 CR(Contrast Ratio)을 확보하고, 소위 블랙(black) 상태에서도 빛샘 현상이 억제될 수 있는 편광판을 제공할 수 있다.

본 출원의 편광판은, 예를 들어, 블랙(black) 상태에서의 최대 빛샘이 2cd/cm²이하일 수 있다. 상기 블랙 상태에서의 최대 빛샘은 LCD 디스플레이 시야각 편광 특성 분석기(ELDIM社, ELDIM EZContrast 160R)를 사용하여 후술하는 방식으로 평가할 수 있다. 다른 예시에서, 1.9 cd/cm²이하, 1.8 cd/cm²이하, 1.7 cd/cm²이하, 1.6 cd/cm²이하, 1.5cd/cm²이하, 1.4cd/cm²이하, 1.3cd/cm²이하, 1.2cd/cm²이하, 1.1cd/cm²이하, 1.0cd/cm²이하, 0.9cd/cm²이하, 0.8cd/cm²이하, 0.7cd/cm²이하 또는 0.6cd/cm²이하이거나 0.1cd/cm²이상 또는 0.2cd/cm²이상일 수 있다.

본 출원의 편광판은, 예를 들어, 상기 편광층, 제 1 및 제 2 위상차층의 상부 및/또는 하부에 다른 요소를 포함할 수 있다. 다만, 상기 편광판은, 위상차층으로는 상기 제 1 및 제 2 위상차층만을 포함할 수 있다. 즉, 상기 편광판은 상기 편광층과 제 1 및 제 2 위상차층을 제외하면, 소위 등방성층만을 추가로 포함할 수 있다. 본 명세서에서 언급하는 등방성층은, 실질적인 등방성층으로서 해당 층이 어느 정도의 위상차를 가진다고 해도 편광판에 대해서 설계된 광학 구조를 훼손하지 않을 정도의 위상차라면, 등방성층으로 취급될 수 있다. 일 예시에서 본 출원에서 언급하는 용어 등방성층은, 상기 면내 위상차 및 두께 방향 위상차가 동시에 20 nm 이하인 층이다. 상기 위상차는 다른 예시에서 19 nm 이하, 18 nm 이하, 17 nm 이하, 16 nm 이하, 15 nm 이하, 14 nm 이하, 13 nm 이하, 12 nm 이하, 11 nm 이하, 10 nm 이하, 9 nm 이하, 8 nm 이하, 7 nm 이하, 6 nm 이하, 5 nm 이하, 4 nm 이하, 3 nm 이하, 2 nm 이하 또는 1 nm 이하이거나, 0 nm 일 수 있다. 따라서, 반대로 상기 면내 위상차 및 두께 방향 위상차 중에서 어느 하나라도 20 nm를 초과하는 층은 본 출원에서 위상차층으로 취급될 수 있다.

상기 등방성층으로는, 예를 들어, 유리 또는 투명 플라스틱 기재층 등과 같은 투명 기재층 등이 있을 수 있다. 플라스틱 기재층으로는, DAC(diacetyl cellulose) 또는 TAC(triacetyl cellulose) 기재층과 같은 실룰로오스 기재층; 노르보르넨 유도체 수지 기재층 등의 COP(cyclo olefin copolymer) 기재층; PMMA(poly(methyl methacrylate) 기재층 등의 아크릴 기재층; PC(polycarbonate) 기재층; PE(polyethylene) 또는 PP(polypropylene) 기재층 등과 같은 올레핀 기재층; PVA(polyvinyl alcohol) 기재층; PES(poly ether sulfone) 기재층; PEEK(polyetheretherketone) 기재층; PEI(polyetherimide) 기재층; PEN(polyethylenenaphthalate) 기재층; PET(polyethyleneterephthalate) 기재층 등과 같은 폴리에스테르 기재층; PI(polyimide) 기재층; PSF(polysulfone) 기재층; PAR(polyarylate) 기재층 또는 플루오르수지 기재층 등이 예시될 수 있다. 상기 기재층은 예를 들어, 시트 또는 필름 형상일 수 있다.

제 1 및 제 2 위상차층으로는 상기 언급된 특성을 만족하는 한, 다양한 종류의 위상차층을 제한 없이 사용할 수 있다.

본 출원에서 상기 제 1 위상차층은 일 예시에서, 중합된 수평 배향 중합성 액정 화합물을 포함하는 액정 중합층일 수 있다.

상기 액정 중합층에서 액정 화합물은 배향된 상태로 포함되어 있을 수 있다. 상기 화합물은 예를 들어, 수평(homogeneous), 수직(homeotropic), 틸트(tilted), 스프레이(splay) 또는 콜레스테릭(cholesteric) 배향 상태로 중합되어 액정 중합층에 포함되어 있을 수 있다.

하나의 예시에서, 액정 화합물은 수평 배향된 상태로 상기 액정 중합층에 포함되어 있을 수 있다. 본 명세서에서 용어 「수평 배향」은, 액정 화합물을 포함하는 액정 중합층의 광축이 액정 중합층의 평면에 대하여 약 0 내지 25도, 약 0 내지 약 15도, 약 0 내지 약 10도, 약 0 내지 약 5도 또는 약 0도의 경사각을 가지는 경우를 의미할 수 있다. 본 명세서에서 용어 「광축」은 빛이 해당 영역을 투과할 때의 지상축 또는 진상축을 의미할 수 있고, 일반적으로는 지상축을 의미할 수 있다.

상기 액정 중합층은 예를 들면, 중합성 액정 화합물을 포함하고, 상기 중합성 액정 화합물을 중합된 형태로 포함할 수 있다. 본 명세서에서 용어 「액정 중합층」은, 중합성 액정 화합물을 배향 상태에서 중합시킨 층을 의미한다. 또한, 본 명세서에서 「중합성 액정화합물」이란 중합성 관능기를 하나 이상 포함하고, 액정성을 나타낼 수 있는 부위, 예를 들어, 메조겐(Mesogen) 골격 등을 포함하는 화합물을 의미할 수 있고,

위와 같은 중합성 액정화합물로는 소위 중합성 네마틱(nematic) 액정화합물이나, 중합성 스멕틱(smectic) 액정 화합물 등이 다양하게 알려져 있다. 또한, 본 명세서에서 「중합성 액정화합물을 중합된 형태로 포함」할 수 있다는 것은 상기 액정 화합물이 중합되어 액정 중합층 내에서 액정 고분자의 주쇄 또는 측쇄와 같은 골격을 형성하고 있는 상태를 의미할 수 있다.

분산 계수의 조절의 용이성 등의 관점에서 상기 제 1 위상차층으로 상기와 같은 중합성 액정 화합물을 적용하는 것이 효과적이지만, 다른 종류의 필름이라도 본 출원의 요건을 만족하는 한 적용할 수 있으며, 다른 예시에서, 연신 고분자 필름일 수도 있다.

본 출원에서 상기 제 2 위상차층은 일 예시에서, 연신 고분자 필름일 수 있다.

상기 연신 고분자 필름으로는, 일 예시로, 폴리에틸렌 필름 또는 폴리프로필렌 필름 등의 폴리올레핀 필름, 폴리노르보넨 필름 등의 고리형 올레핀 폴리머(COP: Cycloolefin polymer) 필름, 아크릴 필름, 폴리염화비닐 필름, 폴리아크릴로니트릴 필름, 폴리설폰 필름, 폴리아크릴레이트 필름, 폴리비닐알코올 필름 또는 TAC(Triacetyl cellulose) 필름 등의 셀룰로오스 에스테르계 폴리머 필름 또는 PET(poly(ethylene terephthalate)) 필름이나, PC(polycarbonate) 필름 등의 폴리에스테르 필름이나 상기 폴리머를 형성하는 단량체 중에서 2종 이상의 단량체의 공중합체 필름 등이 사용될 수 있다. 다른 예시에서 상기 연신 고분자 필름으로는, 고리형 올레핀 폴리머 필름 또는 아크릴 필름을 사용할 수 있다. 상기에서 고리형 올레핀 폴리머로는, 노르보넨 등의 고리형 올레핀 개환 중합체 또는 그 수소 첨가물, 고리형 올레핀의 부가 중합체, 고리형 올레핀과 알파-올레핀과 같은 다른 공단량체의 공중합체, 또는 상기 중합체 또는 공중합체를 불포화 카르복실산이나 그 유도체 등으로 변성시킨 그래프트 중합체 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

다만, 상기 제 2 위상차층은 다른 예시에서, 중합된 수직 배향 중합성 액정 화합물을 포함하는 액정 중합층일 수도 있으며, 전술한 특성을 만족한다면 다양한 종류의 위상차층을 제한 없이 사용할 수 있다.

상기 제 1 및 제 2 위상차층의 두께에는 특별한 제한이 없고, 목적하는 위상차를 나타낼 수 있는 범위에서 적절한 종류가 선택될 수 있다.

제 1 및 제 2 위상차층의 종류가 상기와 같이 제어되고, 소정 위치에서 조합됨으로서 가시광 영역의 광에 대해 파장에 따른 적절한 보상 기능을 하여 경사각에서도 CR(Contrast Ratio), 블랙(black) 모드에서의 빛샘 제어 등이 가능한 편광판을 제공할 수 있다.

본 출원의 편광판은, 상기 기재된 요소 외에도 다양한 추가적인 요소를 포함할 수 있다. 이러한 층의 종류로는, 편광층 보호 필름 등의 기타 고분자 필름, 배향막, 이형층, 하드코팅층, 저반사층, 반사 방지층, 점착제층 또는 접착제층 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 각 층의 구체적인 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 업계에서 목적하는 광학적 기능을 가지는 편광판을 구성하기 위해서 사용되는 다양한 종류가 제한 없이 사용될 수 있다.

적절한 성능의 확보를 위해서 본 출원의 편광판은, 상기 편광층의 일면에 부착된 상기 편광층 보호 필름을 포함하고, 상기 편광층의 다른 면에는 보호 필름 없이 직접 상기 제 1 및 제 2 위상차층이 상기 순서로 부착된 구조를 가질 수 있다. 또한, 상기 제 2 위상차층의 하부에는 상기 편광판을 디스플레이 장치에 부착할 수 있는 점착제층이나 접착제층이 존재할 수도 있다.

본 출원은 또한 액정 디스플레이 장치에 대한 것이다. 예시적인 액정 디스플레이 장치는, 상기 편광판을 포함할 수 있다.

편광판을 포함하는 액정 디스플레이 장치의 구체적인 종류는 특별히 제한되지 않는다. 상기 장치는, 예를 들면, 반사형 또는 반투과반사형 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display)와 같은 액정 디스플레이 장치이거나, 유기발광 디바이스(Organic Light Emitting Device) 등일 수 있다.

본 출원의 액정 디스플레이 장치에서 상기 편광판의 배치 형태는 특별히 제한되지 않고, 예를 들면 공지의 형태가 채용될 수 있다.

전술한 바와 같이 상기 편광판은 다양한 디스플레이 장치 중에서 특히 면상 스위치(IPS, In-Plane Switching) 모드의 액정 디스플레이 장치에 적용되어 효과적인 광학 보상이 가능하고, 특히 비접촉식 배향막(광배향막 등)이 적용된 IPS 모드의 액정 디스플레이에서 효과적으로 적용될 수 있다.

본 출원의 편광판이 적용되는 상기 면상 스위치 모드의 액정 디스플레이의 구성은 특별히 제한되지 않는다. 즉, 상기 편광판은 공지의 면상 스위치 모드의 액정 디스플레이에서 공지의 편광판의 적용 방식에 따라 적용될 수 있고, 상기 면상 스위치 모드도 소위 O모드 또는 E모드 등을 포함할 수 있고 특별히 제한되지 않는다.

이러한 액정 디스플레이는 통상 대향 배치된 2장의 기판; 상기 2장의 기판 사이에 위치하는 액정층; 및 상기 액정층과 상기 2장의 기판 중 적어도 하나의 기판 사이에 배치된 액정 배향층을 포함하는 면상 스위치 모드의 액정 패널을 포함하고, 상기 액정 패널의 양면에 부착된 편광판을 포함하는데, 그 중 적어도 일면에 배치된 편광판으로서 상기 기술한 편광판을 사용할 수 있다. 본 명세서에서 용어 액정층은 일반적으로 LCD에 적용되는 액정층으로서 전기장 신호에 의해 배향을 스위칭(switching)할 수 있는 층을 의미한다.

이러한 경우에 상기 편광판은 예를 들어, 상부 편광판 또는 시인측 편광판일 수 있다. 즉, 액정 디스플레이는 통상 액정 패널과 그 양면에 부착된 편광판과 상기 2개의 편광판 중 어느 하나와 인접하여 배치된 백라이트 유닛(BLU: Backlight Unit)을 포함하는데, 2개의 편광판 중에서 상기 백라이트 유닛과 인접하도록 배치된 편광판을 일반적으로 하부 편광판으로 호칭하고, 다른 편광판을 상부 편광판으로 호칭할 수 있으며, 상부 편광판이 시인측 편광판이 될 수 있다.

본 출원의 액정 디스플레이에 적용되는 편광판은 일 예시에서, 상기 시인측 편광판으로 적용될 수 있지만, 적용 위치가 이에 제한되는 것은 아니다. 본 출원의 편광판이 시인측 편광판으로 적용될 때에 하부 편광판으로는 특별한 제한 없이 공지의 편광판이 적용될 수 있다. 다만, 상기 상부 편광판의 편광층과 상기 하부 편광판의 편광층 사이에는 상기 제 1 및 제 2 위상차층과 액정 패널의 액정층을 제외하면 다른 위상차층이 존재하지 않는 것이 효과적이다.

본 출원에서 상기 액정 패널은 예를 들어, 수평 배향 시의 면내 위상차가 550 nm 파장을 기준으로 대략 100 내지 500 nm일 수 있다. 다른 예시에서, 대략 200nm 이상, 300nm 이상, 310nm 이상 또는 320nm 이상이거나 400nm 이하, 390nm 이하, 380nm 이하, 370nm 이하 또는 360nm 이하 정도의 범위 내일 수 있다. 본 출원의 편광판은 수평 배향 시 상기와 같은 범위의 면내 위상차를 가지는 액정 패널과 함께 적용되어, 목적하는 효과를 가지는 액정 디스플레이를 제공할 수 있다.

본 출원의 액정 디스플레이에 포함되는 액정 배향막은, 예를 들어, 상기와 같은 구조에서 통상 대향 배치된 2장의 기판에서 마주보는 각각의 표면상에 2층 존재할 수 있다. 상기 액정 배향막은, 소위 프리틸트 각도가 1도 이하, 0.9도 이하, 0.8도 이하, 0.7도 이하, 0.6도 이하, 0.5도 이하, 0.4도 이하, 0.3도 이하, 0.2도 이하, 0.1도 이하이거나, 0도 정도일 수 있다. 이와 같은 프리틸트 각도를 확인하는 방법은 공지이며, 예를 들면, Crystal Rotation 방식 등이 적용될 수 있다.

본 출원에서 상기 액정 배향막의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 통상 광배향막 등의 비접촉식 배향막은 상기 기술한 범위의 프리틸트 각도를 나타낸다.

본 출원은, 상기의 광학 특성 및/또는 배치를 가지는 편광판을 특히, 상기의 비접촉식 배향막을 포함하는 면상 스위치 모드의 액정 패널과 함께 적용함으로써 우수한 시야각 보상 효과를 나타내고, 블랙(black) 상태에서의 빛샘 현상이 제어된 액정 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.

본 출원은, 특히 상대적으로 대칭적인 면상 스위치 모드의 액정 디스플레이 장치에 적용되어서, 경사각에서도 높은 CR(Contrast Ratio)을 확보하면서, 블랙(black) 상태에서의 빛샘 현상도 제어할 수 있는 편광판을 제공할 수 있다.

도 1은, 액정 패널의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는, 경사각과 동경각을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은, 본 출원의 편광판의 예시적인 구조를 보여주는 도면이다.
도 4 내지 7은, 실시예로부터 설계된 편광판에 대해 블랙 상태에서의 최대 빛샘을 시뮬레이션한 결과를 보여주는 도면이다.

이하 실시예 및 비교예를 통하여 본 출원을 구체적으로 설명하지만 본 출원의 범위가 하기에 제한되는 것은 아니다.

평가예 1. 위상차층의 면내 위상차, 두께 방향 위상차 및 Nz 계수 평가

위상차층의 면내 위상차, 두께 방향 위상차 및 Nz 계수는, 위상차 측정 장비(중원통상社, Axoscan)를 사용하여 투과광의 편광 상태를 분석하는 방식으로 평가하였다. 상기 장비를 사용하여 위상차층의 면내 위상차, 두께 방향 위상차 및 Nz 계수를 측정하는 방식은 공지이다.

평가예 2. 위상차층의 분산 특성 평가

위상차층의 분산 특성은 상기 방식으로 450nm 및 550nm의 파장의 광에 대한 면내 위상차 또는 두께 방향 위상차를 평가하여 그 값의 비율을 통해 도출하였다.

평가예 3. 블랙 상태에서의 최대 빛샘 평가

블랙 상태에서의 최대 빛샘은 LCD 디스플레이 시야각 편광 특성 분석기(ELDIM社,ELDIM EZContrast 160R)를 사용하여 평가하였다.

평가에는 비접촉식 배향막(광배향막)이 적용된 면상 스위치 모드의 액정 패널(Cell gap: 3.2㎛, 양의 유전율 이방성을 가지는 액정 충전)을 사용하였다. 상기 액정 패널의 배향막(광배향막)의 프리틸트 각도는 대략 0.3도 이내 정도였으며, 상기 프리틸트 각도는 Crystal Rotation 방식으로 확인하였다.

상기 액정 패널에 상부 편광판으로서, 실시예 또는 비교예에서 제조한 편광판을 부착하여 사용하였고, 하부 편광판으로는 액정 패널에 이미 제공되어 있는 편광판을 사용하였다.

이와 같이 구성된 액정 패널을 블랙(black) 상태로 하고, 상기 분석기를 사용하여 최대 빛샘을 평가하였다.

실시예 1.

편광판의 제조 시, 편광층으로는 요오드계 PVA(Poly(vinyl alcohol)) 편광 필름으로서, 단체 투과율(550nm 파장 기준)이 대략 42% 정도이고, 편광도(550nm 파장 기준)가 대략 99.995% 정도이며, 두께가 약 7㎛ 정도인 PVA 필름을 사용하였다.

제 1 위상차층으로는, 중합성 액정 화합물(Merck社, RMM2032)을 수평 배향시키고, 그 상태로 중합시켜서 제조한 액정 필름을 적용하였다. 상기 액정 필름은, 기재 필름으로서 NRT(No Retardation TAC) 필름의 일면에 공지의 수평 배향막을 형성하고, 그 위에 상기 중합성 액정 화합물의 코팅층을 형성하고, 배향 조건에서 수평 배향시킨 후에 자외선을 조사하여 제조하였다.

이와 같이 제조한 상기 제 1 위상차층의 두께는 약 2㎛ 정도였고, 면내 위상차는 105nm, 수식 5에 따른 분산계수는 0.84 수준이었고, Nz 계수는 약 1이었다.

제 2 위상차층으로는, 550nm 파장의 광에 대한 면내 위상차(Rin)가 65nm 이고, 두께 방향 위상차(Rth)가 97nm이며, 수식 3에 따른 Nz값이 -0.492, 수식 4에 따른 분산 계수가 1 정도인 연신 고분자 필름(Okura社, 두께 40㎛)을 사용하였다.

상기 PVA 편광 필름의 일면에 보호 필름으로서, 두께가 약 40㎛ 정도인 NRT(No Retardation TAC) 필름(Fuji社)을 접착제로 부착하였다. 이어서, 상기 PVA 편광 필름의 다른 일면, 즉 상기 NRT 필름이 부착되지 않은 면에 상기 제 1 위상차층을 접착제로 부착하고, 마지막으로 상기 제 1 위상차층 상에 상기 제 2 위상차층을 접착제로 부착하였다.

그 후, 상기 제 2 위상차층의 하부에 점착제층을 형성하였다.

이 때, 상기 제 1 위상차층 및 제 2 위상차층은 그 지상축이 편광층의 흡수축과 수직이 되도록 배치하였다.

그 결과, NRT 필름(기재 필름)/PVA 편광 필름(편광층)/제 1 위상차층/제 2 위상차층/점착제층의 구조를 가지는 편광판이 제조되었다.

TechWiz LCD 1D 장비를 이용하여 편광판을 상기와 같이 설계한 후, 블랙 상태에서의 최대 빛샘을 평가하였다.

실시예 2 내지 85.

제 1 위상차층의 면내 위상차(Rin), 두께 방향 위상차(Rth), 수식 5에 따른 분산계수 및 제 2 위상차층의 550nm 파장의 광에 대한 면내 위상차(Rin), 두께 방향 위상차(Rth), Nz 계수 및 수식 4에 따른 분산 계수를 하기 표 1과 같이 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 설계하여 블랙 상태에서의 최대 빛샘을 평가하고, 그 결과를 도 4 내지 7에 도시하였다. 도 4 내지 7에서, A는 제 1 위상차층, +B는 제 2 위상차층을 의미한다.

[표 1]

실시예 1 내지 85의 편광판에 대한 블랙 상태에서의 최대 빛샘 평가 결과 그래프를 도 4 내지 도 7에 도시하였다.

예를 들어, 도 4의 +B65/97(1.00), +B68/101(1.00), +B71/105(1.00), +B74/109(1.00) 및 +B76/113(1.00) 그래프에서 x축이 A105(0.84)인 지점 각각은 실시예 1 내지 5에 대한 결과를 나타낸다. 즉, 제 1 위상차층(A)의 Rin(nm)이 105nm 이고, Rth(nm)이 0이며 수식 5에 따른 분산계수가 0.84일 때(A105(0.84) 지점), 제 2 위상차층(+B)의 Rin(nm)이 65nm이고, Rth(nm)이 97nm이며, Nz값이 -0.492이고 수식 4에 따른 분산 계수가 1(+B65/97(1.00) 그래프)인 실시예 1의 편광판에 대한 블랙 상태에서의 최대 빛샘은 약 1.25cd/m²임을 확인할 수 있었다.

Claims

편광층;
상기 편광층의 하부에 위치하고, 550nm 파장의 광에 대한 면내 위상차가 90 내지 145nm 범위 내이고, 하기 수식 5에 따른 분산 계수가 0.5 초과이면서 1 미만인 제 1 위상차층; 및
상기 제 1 위상차층의 하부에 위치하고, 550nm 파장의 광에 대한 면내 위상차가 55 내지 85nm 범위 내이며, 하기 수식 2에 따른 550nm 파장의 광에 대한 두께 방향 위상차가 85 내지 125nm 범위 내이고, 하기 수식 3에 따른 Nz 값이 -0.6 내지 -0.2의 범위 내이며, 하기 수식 4에 따른 분산 계수가 1 이상 1.2 미만인 제 2 위상차층을 포함하는 편광판:
[수식 2]
R_th = d × (n_z - n_y)
수식 2에서 R_th는 두께 방향 위상차이고, d는 위상차층의 두께이며, n_y는 위상차층의 진상축 방향의 굴절률이며, n_z는 위상차층의 두께 방향의 굴절률이다.
[수식 3]
Nz = (n_x - n_z)/(n_x - n_y)
수식 3에서 n_x는 제 2 위상차층의 지상축 방향 굴절률이고, n_y는 제 2 위상차층의 진상축 방향의 굴절률이며, n_z는 제 2 위상차층의 두께 방향의 굴절률이다.
[수식 4]
분산 계수 = R_th(450)/R_th(550)
수식 4에서 R_th(450)은 제 2 위상차층의 450 nm 파장에 대한 두께 방향 위상차이고, R_th(550)은 제 2 위상차층의 550 nm 파장에 대한 두께 방향 위상차이다.
[수식 5]
분산 계수 = R_in(450)/R_in(550)
수식 5에서 R_in(450)은 제 1 위상차층의 450 nm 파장에 대한 면내 위상차이고, R_in(550)은 제 1 위상차층의 550 nm 파장에 대한 면내 위상차이다.
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제 1 항에 있어서, 제 1 위상차층의 지상축과 편광층의 흡수축이 수직을 이루는 편광판.
제 1 항에 있어서, 제 2 위상차층의 지상축과 편광층의 흡수축이 수직을 이루는 편광판.
제 1 항에 있어서, 제 1 위상차층은 중합된 수평 배향 액정 화합물을 포함하는 액정 중합층인 편광판.
제 1 항에 있어서, 제 2 위상차층은 연신 고분자 필름인 편광판.
제 1 항에 있어서, 위상차층으로는 제 1 및 제 2 위상차층만을 포함하는 편광판.
대향 배치된 2장의 기판; 상기 2장의 기판 사이에 위치하는 액정층; 및 상기 액정층과 상기 2장의 기판 중 적어도 하나의 기판 사이에 배치된 액정 배향막을 포함하는 면상 스위치 모드의 액정 패널; 및
상기 액정 패널의 적어도 일면에 배치된 제 1 항의 편광판을 포함하는 액정 디스플레이 장치.
제 10 항에 있어서, 액정 배향막의 프리틸트 각도가 1도 미만인 액정 디스플레이 장치.