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KR20070113749A - 투명성 및 내열성이 우수한 광학 이방성 필름 및 이를포함하는 액정 디스플레이 장치 - Google Patents

투명성 및 내열성이 우수한 광학 이방성 필름 및 이를포함하는 액정 디스플레이 장치 Download PDF

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KR20070113749A
KR20070113749A KR1020060047433A KR20060047433A KR20070113749A KR 20070113749 A KR20070113749 A KR 20070113749A KR 1020060047433 A KR1020060047433 A KR 1020060047433A KR 20060047433 A KR20060047433 A KR 20060047433A KR 20070113749 A KR20070113749 A KR 20070113749A
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KR
South Korea
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optically anisotropic
anisotropic film
styrene
liquid crystal
film
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Ceased
Application number
KR1020060047433A
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English (en)
Inventor
곽민한
이봉근
이호준
박재찬
김서화
이주화
손선모
김동렬
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020060047433A priority Critical patent/KR20070113749A/ko
Publication of KR20070113749A publication Critical patent/KR20070113749A/ko
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Abstract

본 발명은 투명성 및 내열성이 우수한 광학 이방성 필름, 바람직하게는 (+) C-플레이트(positive C-plate)형 광학 이방성 필름 및 이를 포함하는 액정 디스플레이 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리메틸 (메타)아크릴레이트 중합체와 스티렌-무수말레인산계 공중합체를 포함하는 내열성 블렌드로부터 얻어진 필름을 연신하여 제조되는 내열성 광학 이방성 필름 및 이를 포함하는 액정 디스플레이 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 투명성 및 내열성이 우수한 광학 이방성 필름을 저렴하게 제조할 수 있으며, 특히 본 발명에 따라 제조된 (+) C-플레이트(positive C-plate)형 광학 이방성 필름은 광시야각에서의 선명한 화질 및 높은 콘트라스트 비를 얻게 할 수 있기 때문에 광학 보상 필름으로서 IPS 모드의 액정 디스플레이에 적합하게 사용될 수 있다.
보상 필름, 위상차, (+) C-플레이트, 폴리메틸 (메타)아크릴레이트, 스티렌-무수말레인산계 공중합체, 내열성, 투명성, 굴절률, 액정 디스플레이, IPS 모드

Description

투명성 및 내열성이 우수한 광학 이방성 필름 및 이를 포함하는 액정 디스플레이 장치{AN OPTICAL ANISOTROPIC FILM WITH HIGH TRANSPARENCY AND HEAT RESISTANCE AND A LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE COMPRISING THE SAME}
도 1은 본 발명의 광학 이방성 필름을 (+) C-플레이트형 광학 보상 필름으로서 포함하는 IPS 모드의 액정 디스플레이 장치의 일 구체예의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 광학 이방성 필름을 (+) C-플레이트형 광학 보상 필름으로서 포함하는 IPS 모드의 액정 디스플레이 장치의 일 구체예를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호설명
11 : TFT 어레이 기판 12a : 게이트 전극 13 : 게이트 절연막
14 : 반도체층 15 : 데이터 배선 15a : 소스 전극
15b : 드레인 전극 16 : 보호막 17 : 화소전극
21 : 컬러필터 어레이 기판 22 : 블랙 매트릭스 23 : 컬러필터층
24 : 공통전극 30a, 30b : 배향막 31 : 액정층
50 : 액정패널 51 : (+) C 플레이트 보상필름
52 : A 플레이트 보상필름 53 : 제 1 편광필름 54 : 제 2 편광필름
본 발명은 투명성 및 내열성이 우수한 광학 이방성 필름, 바람직하게는 (+) C-플레이트(positive C-plate)형 광학 이방성 필름 및 이를 포함하는 액정 디스플레이 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리메틸 (메타)아크릴레이트 중합체와 스티렌-무수말레인산계 공중합체를 포함하는 내열성 블렌드로부터 얻어진 필름을 연신하여 제조되는 내열성 광학 이방성 필름 및 이를 포함하는 액정 디스플레이 장치에 관한 것이다.
액정 디스플레이는 음극선관 디스플레이에 비해 소비 전력이 낮고, 부피가 작고 가벼워 휴대가 용이하기 때문에 광학 디스플레이 소자로서 보급이 확산되고 있다. 일반적으로 액정 디스플레이는 액정 셀의 양측에 편광판을 설치한 기본 구성을 가지며, 구동회로의 전계 인가여부에 따라 액정 셀의 배향이 변하게 되고, 그에 따라 편광판을 통해 나온 투과광의 특성이 달라지게 됨으로써 빛의 가시화가 이루어진다. 이 때 입사광의 입사 각도에 따라 빛의 경로와 복굴절성이 변화하게 되는데, 이는 액정이 두 개의 상이한 굴절률을 갖는 이방성 물질이기 때문이다. 이와 같은 특성으로 인해, 액정 디스플레이는 시야각(viewing angle)에 따라 상이 얼마나 뚜렷하게 보이는지를 가늠하는 척도인 콘트라스트 비(contrast ratio)가 달라지고 계조 반전(gray scale inversion) 현상이 발생하여 시인성이 떨어진다는 단점을 지닌다.
상기와 같은 단점을 극복하기 위하여 액정 디스플레이 장치에는 액정 셀에서 발생하는 광학 위상차를 보상시켜 주는 광학 보상 필름(compensation film)이 사용되고 있으며, 이러한 광학 보상 필름으로는 연신 복굴절 고분자 필름이 종래부터 이용되고 있다.
연신 복굴절 고분자 필름의 재료로는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리스티렌(PS), 폴리카보네이트(PC), 말레이미드계 공중합체 및 환상 폴리올레핀(환상 PO) 등을 들 수 있다. 이 중에서 PC, 말레이미드계 공중합체 및 환상 PO는 그 분자 사슬을 연신 배향시키면 배향 방향으로의 굴절률이 커지는, 즉, 양의 복굴절성(positive birefringence)을 갖는 광학 이방성 고분자 재료이다. 반면 PMMA나 PS는 그 분자 사슬을 연신 배향시키면 배향 방향과는 다른 방향으로의 굴절률이 커지는, 즉, 음의 복굴절성(negative birefringence)을 갖는 광학 이방성 고분자 재료이다. 액정 디스플레이 의 시야각 개선을 위한 광학 보상 필름에 현재 주로 사용되고 있는 고분자 재료로는 PC, 말레이미드계 공중합체 그리고 환상 PO를 들 수 있다.
한편, 액정 디스플레이에 있어서 선명한 화질 및 넓은 광시야각을 확보하기 위해 다양한 액정 모드가 개발되고 있으며, 대표적으로는 Double Domain TN (Twisted Nematic), ASM (axially symmetric aligned microcell), OCB (optically compensated blend), VA (vertical alignment), MVA (multidomain VA), SE (surrounding electrode), PVA (patterned VA), IPS (in-plane switching), FFS (fringe-field switching) 모드 등을 들 수 있다. 이들 각각의 모드는 고유한 액정 배열을 하고 있으며, 고유한 광학 이방성을 갖고 있다. 따라서 이들 액정 모드의 광학 이방성으로 인한 위상차를 보상하기 위해서는 각각의 모드에 대응하는 광학 이방성의 보상 필름이 요구된다. 특히 IPS 모드의 경우에는 양의 유전률 이방성을 갖는 액정이 편광판 사이에 채워져 있으며, 따라서 두께 방향의 굴절률보다 면 방향의 굴절률이 크게 배향되어 있기 때문에 그 광학 보상 필름으로는 두께 방향으로 양의 위상차를 갖는 (+) C-플레이트형 이방성 필름이 요구된다.
따라서 현재 IPS 모드의 광학 보상 필름으로 사용할 수 있는 (+) C-플레이트형 이방성 필름에 대한 연구가 진행되고 있으며, 그 결과, 수직 배향된 액정 필름 및 PS나 PMMA와 같이 음의 복굴절성을 갖는 고분자의 이축 연신 필름 등이 제안되었다. 그러나 수직 배향된 액정 필름의 경우 봉형의 저분자량 혹은 고분자량 액정 분자를 투명 지지체 위에 수㎛의 두께로 정밀 코팅하여 제조되기 때문에, 코팅 공정 비용이 발생될 뿐만 아니라 코팅 두께의 미소한 차이에 의해서도 상대적으로 큰 위상차의 불균일을 가져오며, 코팅 기재 필름 표면에 남아있거나 액정 용액에 존재하는 먼지 등의 이물로 인하여 광학적 결함이 발생하는 등과 같은 문제가 있고, PS나 PMMA와 같이 음의 복굴절성을 갖는 고분자의 이축 연신 필름의 경우에는 상기한 바와 같은 수직 배향된 액정 보상 필름의 문제는 없으나, 그 유리전이온도가 100oC 부근으로 내열성이 불충분하다는 문제가 있다.
음의 복굴절성을 갖는 고분자의 이축 연신 필름의 상기 내열성 문제를 해결 하기 위한 보상 필름용 고분자 재료로서 일본공개특허공보 제2001-194530호에서는 메틸기를 가지는 플루오렌 골격을 가지는 특정 구조의 PC를 제시하고 있으며, 일본공개특허공보 제2004-269842호에서는 올레핀과 특정의 N-페닐 치환 말레이미드의 교대 공중합체를 제시하고 있다. 그러나 이들 일본공개특허공보에서 제시된 고분자 재료들을 사용할 경우 보상 필름의 내열성 및 음의 복굴절성은 어느 정도 확보되나, 고분자 중합시 고분자의 입체 규칙성 및 배향과 같은 분자 구조를 제어하는 데에 소요되는 비용이 현저하게 높아질 뿐만 아니라, 결과 고분자 필름의 투명성 및 색상이 광학 보상 필름의 요구 특성에 부합하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 한 것으로, 본 발명의 목적은 제조 비용이 저렴하면서도 투명성 및 내열성이 우수한 광학 이방성 필름, 바람직하게는 (+) C-플레이트(positive C-plate)형 광학 이방성 필름 및 이를 포함하는 액정 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 폴리메틸 (메타)아크릴레이트 중합체와 스티렌-무수말레인산계 공중합체를 포함하는 내열성 블렌드로부터 얻어진 필름을 연신하여 제조되는 내열성 광학 이방성 필름이 제공된다.
본 발명에 따른 내열성 광학 이방성 필름은 바람직하게는 두께 방향으로 양 의 복굴절성을 나타내는 (+) C-플레이트형 광학 이방성 필름이다.
또한 본 발명에 따르면, 본 발명의 내열성 광학 이방성 필름을 포함하는 액정 디스플레이 장치가 제공된다.
이하에서 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
광학 이방성 필름에 있어서 광학 이방성은 하기 수학식 2 및 수학식 3으로 각각 표시되는 면내의 위상차 값 (Re)과 두께 방향의 위상차 값 (Rth)으로 나눌 수 있다.
Re= (nx-ny) × d (2)
Rth= (nz-ny) × d (3)
상기 수학식 2 및 수학식 3에서 nx는 파장 550 nm에서 측정되는 면내의 저속 축(slow axis: x-축) 방향의 굴절률을, ny는 파장 550 nm에서 측정되는 면내의 고속 축(fast axis: y-축) 방향의 굴절률을, 그리고 nz는 두께(z-축) 방향의 굴절률을 나타내고, d는 필름의 두께를 나타낸다.
상기 수학식 2 및 3으로 표시되는 Re와 Rth 중 하나가 다른 것보다 아주 큰 필름은 일축 광학 이방성을 가진 보상 필름으로서 사용할 수 있으며, 두 위상차 값의 절대값이 모두 0보다 크고, 동시에 두 값이 유사한 필름은 이축 광학 이방성을 가진 보상 필름으로서 사용할 수 있다. 일축 광학 이방성을 가진 보상 필름은 굴절률의 상대적인 크기에 따라서 크게 A-플레이트와 C-플레이트로 분류되며, 굴절률의 상대적 크기 관계에 있어서 A-플레이트는 nx>ny=nz를, C-플레이트는 nx=ny≠nz를 각각 만족시키는 광학 이방성 필름으로 정의된다. 따라서 A-플레이트는 면내의 위상차 값 Re가 양의 값을 가지며, 두께 방향의 위상차 값 Rth은 거의 0의 값을 갖는다. 반면 C-플레이트에 있어서 면내의 위상차 값은 거의 0이고, nz와 ny(또는 nx)의 값에 따라 양 또는 음의 Rth를 갖게 되는데, 이를 각각 (+) C-플레이트 또는 (-) C-플레이트로 정의한다.
본 발명의 광학 이방성 필름은 필름 두께가 30 내지 200 마이크로미터인 경우 하기 수학식으로 표시되는 두께 방향의 위상차 값(Rth)이 바람직하게는 30 내지 1000 nm, 더욱 바람직하게는 50 내지 500 nm인 것을 특징으로 한다.
Rth= (nz-ny) × d
상기 수학식에서,
ny 및 nz는 각각 파장 550 nm에서 측정되는 면내의 고속 축(fast axis: y-축) 방향의 굴절률 및 두께(z-축) 방향의 굴절률을 나타내고,
d는 필름의 두께를 나타낸다.
본 발명에 있어서, 상기 두께 방향의 위상차 값(Rth)이 30 nm 미만이거나 1000 nm를 초과하면 액정 셀을 통과한 광의 위상차 값과 광학 이방성 필름의 위상차 값이 매치(match)되지 않아 광학 보상효과가 발현되지 못하는 문제가 있어 바람직하지 않다.
본 발명의 광학 이방성 필름에 있어서, 바람직하게는 상기 내열성 블렌드가 폴리메틸 (메타)아크릴레이트 중합체 30 내지 90 중량%, 더욱 바람직하게는 50 내지 80 중량%, 및 스티렌-무수말레인산계 공중합체 10 내지 70 중량%, 바람직하게는 20 내지 50 중량%를 포함한다. 스티렌-무수말레인산계 공중합체 함량이 70 중량%를 초과하고 그에 따라 폴리메틸 (메타)아크릴레이트 중합체 함량이 30 중량% 미만이 될 경우에는 내열성 블렌드의 투명성 및 충격강도가 저하되는 문제점이 있으며, 폴리메틸 (메타)아크릴레이트 중합체의 함량이 90 중량%를 초과하고 그에 따라 스티렌-무수말레인산계 공중합체 함량이 10 중량% 미만이 될 경우에는 내열성이 저하되거나 광학적 복굴절성이 작아지는 단점이 있다.
본 발명의 광학 이방성 필름에 있어서, 상기 폴리메틸 (메타)아크릴레이트 중합체는 메틸 (메타)아크릴산 메틸 에스테르[methyl (meth)acrylic acid methyl ester]를 단독으로 중합한 중합체이어도 좋고, 메틸 (메타)아크릴산 메틸 에스테르 및 이와 공중합 가능한 불포화 단량체를 공중합한 공중합체이어도 좋다. 또한, 폴리메틸 (메타)아크릴레이트 중합체가 공중합체인 경우에는 메틸 (메타)아크릴산 메틸 에스테르를 50 중량% 이상, 바람직하게는 50 내지 90 중량% 포함하는 것이 광학 이방성 필름의 투명성 및 내열성의 측면에서 바람직하다. 또한, 상기 폴리메틸 (메타)아크릴레이트 중합체로는 폴리메틸 메타크릴레이트 중합체가 보다 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 메틸 (메타)아크릴산 메틸 에스테르와 공중합 가능한 불포화 단량체는, 예컨대 에틸 메타크릴산(ethyl methacrylic acid), 부틸 메타크릴산(butyl methacrylic acid), 시클로헥실 메타크릴산(cyclohexyl methacrylic acid), 페닐 메타크릴산(phenyl methacrylic acid), 벤질 메타크릴산(benzyl methacrylic acid), 2-에틸헥실 메타크릴산(2-ethylhexyl methacrylic acid) 또는 2-하이드록시에틸 메타크릴산(2-hydroxyethyl methacrylic acid) 등과 같이, 하이드록시기로 치환되거나 비치환된 지환족 또는 지방족 C1 -12 알킬 메타크릴산 또는 C6 -12 아릴 메타크릴산과 같은 에스테르(ester)계 메타크릴산; 예컨대 메틸 아크릴산(methyl acrylic acid), 에틸 아크릴산(ethyl acrylic acid), 부틸 아크릴산(butyl acrylic acid), 시클로헥실 아크릴산(cyclohexyl acrylic acid), 페닐 아크릴산(phenyl acrylic acid), 벤질 아크릴산(benzyl acrylic acid), 2-에틸헥실 아크릴산(2-ethylhexyl acrylic acid) 또는 2-하이드록시에틸 아크릴산(2-hydroxyethyl acrylic acid) 등과 같이, 하이드록시기로 치환되거나 비치환된 지환족 또는 지방족 C1-12 알킬 아크릴산 또는 C6-12 아릴 아크릴산과 같은 에스테르계 아크릴산; 예컨대 스티렌 또는 α-메틸 스티렌 등과 같이, C1 -4 알킬 또는 할로겐으로 치환되거나 비치환된 스티렌과 같은 스티렌 화합물; 아크릴로니트릴(acrylonitrile); 및 예컨대 시클로헥실 말레이미드(cyclohexyl maleimide) 또는 페닐 말레이미드(phenyl maleimide) 등과 같이, 치환 또는 비치환된 지환족 또는 지방족 C1 -12 알킬 또는 C6 -12 아릴 말레이미드와 같은 말레이미드 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 광학 이방성 필름에 있어서, 상기 스티렌-무수말레인산계 공중합 체는 폴리메틸 (메타)아크릴레이트 중합체의 부족한 내열성을 보완하기 위하여 사용되는 것으로서, 스티렌계 단량체와 무수말레인산계 단량체를 공중합하여 제조할 수 있다. 상기 스티렌계 단량체로는 C1-4 알킬 또는 할로겐으로 치환되거나 비치환된 스티렌 화합물을 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 스티렌, α-메틸 스티렌(α-methyl styrene), ρ-브로모 스티렌(ρ-bromo styrene), ρ-메틸 스티렌(ρ-methyl styrene), 및 ρ-클로로 스티렌(ρ-chloro styrene)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 사용할 수 있다. 상기 무수말레인산계 단량체로는 무수말레인산 단량체, 이미드화(imidized) 무수말레인산 단량체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 스티렌-무수말레인산계 공중합체는 바람직하게는 스티렌계 단량체 50 내지 96 중량% 및 무수말레인산 단량체, 이미드화 무수말레인산 단량체 또는 이들의 혼합물과 같은 무수말레인산계 단량체 4 내지 50 중량%를 공중합하여 제조되며, 더욱 바람직하게는 스티렌계 단량체 70 내지 90 중량% 및 무수말레인산계 단량체 10 내지 30 중량%를 공중합하여 제조된다. 상기 스티렌-무수말레인산계 공중합체의 제조시 사용되는 무수말레인산계 단량체의 양이 4 중량% 미만일 경우에는 광학 이방성 필름의 내열성이 불충분해질 우려가 있으며, 50 중량%를 초과할 경우에는 광학 이방성 필름의 충격강도가 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 광학 이방성 필름에는 상기한 성분들 이외에도, 산화방지제, 열안정제, 가소제, 대전방지제, 핵제, 난연제, 내후안정제 및 활제로 이루어진 군으로 부터 선택되는 1종 이상의 첨가제가 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 더 첨가될 수 있다.
본 발명의 광학 이방성 필름은 폴리메틸 (메타)아크릴레이트 중합체와 스티렌-무수말레인산계 공중합체를 포함하는 내열성 블렌드를 일반적인 필름의 제조 방법인 사출 성형법, 압출 성형법, 인플레이션 성형법, 또는 용액 캐스팅법 등에 의해 필름으로 가공하고, 얻어진 필름에 대하여 자유폭 연신 또는 정폭 연신 등의 일축 연신이나 축차 연신 또는 동시 연신 등의 이축 연신, 바람직하게는 이축 연신을 행함으로써 제조된다. 이러한 연신 공정은 고분자 사슬을 배향시켜 필름에 광학적 이방성을 부여하기 위하여 행해진다.
고분자 사슬의 배향성을 증대시키기 위해서는, 연신 공정을 상기 내열성 블렌드의 유리전이온도(T g)를 기준으로 했을 때 T g-30oC 내지 T g+30oC의 온도 범위에서 수행하는 것이 바람직하고, 특히 T g-20oC 내지 T g+10oC의 온도 범위에서 행하는 것이 더욱 바람직하다. 또한 연신 속도 및 연신율은 본 발명의 목적을 달성하는 범위 내에서 적절하게 조절할 수 있다.
연신 공정에 사용되는 장치에는 특별한 제한이 없으며, 롤 연신기 또는 텐더형 연신기와 같은 공지의 연신 장치를 비롯하여 고분자 필름의 연신을 행할 수 있는 어떠한 장치라도 사용 가능하다.
본 발명의 광학 이방성 필름은 400 내지 800 nm에서의 광 투과율이 90% 이상 으로, 투명성이 매우 우수하며, 조성에 따라 정상 파장 분산특성(normal wavelength dispersion), 플랫 파장 분산특성(flat wavelength dispersion), 또는 역파장 분산특성(reverse wavelength dispersion) 등의 다양한 파장 분산특성을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 광학 이방성 필름은 폴리비닐 알코올 등의 재질과의 접착성이 매우 우수하여 폴리비닐 알코올 편광판 등에 부착시켜 사용할 수 있으며, 또한 필요시 코로나 방전처리, 글로우 방전처리, 화염 처리, 산 처리, 알칼리 처리, 자외선 조사 처리 및 코팅 처리로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 표면 처리를 하여 사용하여도 투명성 및 이방성 등이 저하되지 않는다.
본 발명의 광학 이방성 필름은 광학 보상 필름으로서 사용될 경우 넓은 각도의 광시야각에서 선명한 화질을 나타낼 수 있고, 구동 셀의 ON/OFF시의 밝기 콘트라스트 비를 향상시킬 수 있기 때문에, 액정 디스플레이 장치, 특히 IPS 모드의 액정 디스플레이 장치에 사용되기에 적합하다.
따라서, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명의 내열성 광학 이방성 필름을 시야각 향상과 색상보상을 위한 보상필름으로서 포함하는 액정 디스플레이 장치, 바람직하게는 IPS 모드의 액정 디스플레이 장치가 제공된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 광학 이방성 필름을 시야각 향상과 색상보상을 위한 (+) C-플레이트형 광학 보상 필름으로서 포함하는 IPS 모드의 액정 디스플레이 장치에 대하여 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 광학 이방성 필름을 (+) C-플레이트형 광학 보상 필름으로 서 포함하는 IPS 모드의 액정 디스플레이 장치의 일 구체예의 단면도로서, 도 1에 도시된 바와 같은 IPS 모드의 액정 디스플레이 장치는, 서로 대향 배치되어 그 사이에 액정층(31)을 구비한 컬러필터 어레이 기판(21)과 TFT 어레이 기판(11)으로 구성된다.
상기 컬러필터 어레이 기판(21)에는 빛샘을 방지하기 위한 블랙 매트릭스(22)와, 색상을 구현하기 위한 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 컬러필터층(23)이 형성되어 있다.
상기 TFT 어레이 기판(11)에는 단위 화소를 정의하는 게이트 배선(도시하지 않음) 및 데이터 배선(15)과, 상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 교차 지점에 형성된 박막트랜지스터와, 서로 엇갈리게 교차되어 횡전계를 발생시키는 공통전극(24) 및 화소전극(17)이 형성되어 있다.
상기 박막트랜지스터(TFT)는 상기 게이트 배선에서 분기되는 게이트 전극(12a)과, 상기 게이트 전극(12a)을 포함한 전면에 형성된 게이트 절연막(13)과, 상기 게이트 전극(12a) 상부의 게이트 절연막(13) 상에 형성된 반도체층(14)과, 상기 데이터 배선(15)에서 분기되어 상기 반도체층(14) 양 끝에 각각 형성되는 소스 전극(15a) 및 드레인 전극(15b)으로 구성된다.
상기 화소전극(17)은 보호막(16)을 관통하여 상기 박막트랜지스터(TFT)의 드레인 전극(15b)에 연결되어 전압을 전달받고, 상기 공통전극(25)은 일체형으로 연결되어 액티브 영역 외곽에서 전압을 전달받는다.
이와 같이 IPS 모드의 액정 디스플레이 장치는, 공통전극(24) 및 화소전 극(17)을 동일한 기판 상에 형성하고, 상기 2개의 전극 사이에 전압을 걸어 기판에 대해서 수평방향의 횡전계(E)를 발생시킴으로써, 액정 분자를 기판에 대해서 수평을 유지한 상태로 회전시키는 것을 특징으로 한다.
이 때, 각종 패턴이 형성된 상기 TFT 어레이 기판(11) 및 컬러필터 어레이 기판(21) 내측에는 배향막(30a, 30b)이 더 형성되어 액정층(31)의 액정분자를 초기 배향시킨다.
이와 같이, 두 기판과 액정층으로 구성되는 액정패널(50)의 외측면에는 제 1 및 제 2 편광필름(53, 54)이 부착되어 특정 파장의 빛만을 투과시키며, 상기 제 2 편광필름(54)과 액정패널(50) 사이에 A 플레이트 보상필름(52) 및 본 발명의 광학 이방성 필름인 (+) C 플레이트 보상필름(51)이 더 구비되어 시각 방향에 따른 빛의 위상변화를 보상한다.
도 2를 참고로 하여 IPS 모드의 액정 디스플레이 장치의 보상필름 및 편광필름에 대해서 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
IPS 모드 액정패널(50)의 일측면에는 본 발명의 광학 이방성 필름인 (+) C 플레이트 보상필름(51)과 A 플레이트 보상필름(52)이 더 구비되는데, 상기 (+) C 플레이트 보상필름(51)인 본 발명의 광학 이방성 필름은 수직방향의 위상을 보상해주는 역할을 하고, A 플레이트 보상필름(52)은 수평방향의 위상을 보상해주는 역할을 한다.
그리고, 액정패널(50) 최외곽에 각각 부착되는 제 1 및 제 2 편광필름(53, 54)은 연신 타입의 필름으로, TAC(Triacetate Cellulose) 필름, PVA(Poly Vinyl Alcohol) 필름, 보호필름, 이형필름 등 여러 겹의 필름으로 이루어지며, 360° 전방향의 진동면을 가지고 있는 자연광을 일정 방향의 진동면을 가진 광만을 투과시키고 나머지 광은 흡수하여 편광된 빛을 제공하는 역할을 한다.
이 때, 바람직하게는, 본 발명의 광학 이방성 필름인 (+) C 플레이트 보상필름(51)은 액정패널(50) 외측면 또는 내측면에 부착된다. 그리고 상기 제 1 및 제 2 편광필름(53, 54)은 이형필름을 떼어낸 접착면을 액정패널(50) 외측면에 각각 부착하여 형성한다. 예컨대, 액정패널(50) 상면에 본 발명의 광학 이방성 필름인 (+) C 플레이트 보상필름(51)을 부착하고, 그 위에 A 플레이트 보상필름(52)을 설치한 후, 마지막으로 상기 A 플레이트 보상필름 상에 제 2 편광필름(54)을 부착하고 반대편의 액정패널에 제 1 편광필름(53)을 부착하면 된다.
이하 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
[실시예 1]
폴리메틸 메타크릴레이트 중합체(상품명 HP06, LG MMA 제조) 90 중량% 및 스티렌-무수말레인산 공중합체(상품명 Dylark 332, 무수말레인산 단량체 함량 14 중량%, NOVA Chemical 제조) 10 중량%로 구성된 수지 조성물을 드라이 블렌드한 후, 동방향 이축압출기(스크류 직경 27mm, L/D=48, Leistritz 제조)를 이용하여 펠렛 상태의 내열성 블렌드를 제조하였다. 상기 제조된 펠렛을 건조시킨 후 T-die를 포 함한 압출기를 이용하여 무연신 필름을 제조하였다.
상기 제조된 무연신 필름에 대해 연신장치(Universal Test Machine, Zwick 제조)를 이용하여 온도 110oC, 연신 속도 10 mm/분의 조건 하에서 100% 일축 연신된 광학 이방성 필름을 제조하였다. 제조된 광학 이방성 필름에 대하여 하기의 특성들을 하기 방법에 의거하여 측정하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
(1) 유리전이온도(T g)
: 시차 주사 열량계(상품명 DSC 2010, TA instrument 제조)를 이용하여 10oC/분의 승온 속도로 측정하였다.
(2) 광투과율
: 투명성 평가를 위한 항목으로서, JIS K 7105에 의거하여 투과율계 (모델명 HR-100, Murakami Color Research Laboratory 제조)로 측정하였다.
(3) 광학 이방성
: 아베(Abbe) 굴절계를 이용하여 굴절률(n)을 측정하고, 시료경사형 자동 복굴절계(모델명 KOBRA-21 ADH, 왕자 계측기기 제조)를 이용하여 면내의 위상차 값(Re)을 측정하고, 입사광과 필름면의 각도가 50o일 때의 위상차 값(R θ )을 측정하여, 하기 수학식에 따라서 필름 두께 방향의 위상차 값(Rth)을 구하였다.
Figure 112006037122768-PAT00001
[실시예 2]
실시예 1과 동일한 폴리메틸 메타크릴레이트 중합체 및 스티렌-무수말레인산 공중합체를 각각 80 중량% 및 20 중량% 포함하는 조성물을 사용했다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 광학 이방성 필름을 제조하였고, 제조된 광학 이방성 필름에 대하여 실시예 1과 동일한 특성들을 동일한 방법으로 측정하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
[실시예 3]
실시예 1과 동일한 폴리메틸 메타크릴레이트 중합체 및 스티렌-무수말레인산 공중합체를 각각 70 중량% 및 30 중량% 포함하는 조성물을 사용했다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 광학 이방성 필름을 제조하였고, 제조된 광학 이방성 필름에 대하여 실시예 1과 동일한 특성들을 동일한 방법으로 측정하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
[실시예 4]
실시예 1과 동일한 방법으로 무연신 필름을 제조하였으며, 제조된 무연신 필름에 대하여 이축 연신 장치(Lab Stretcher, TOYOSEIKI)를 사용하여 x축과 y축 방향으로 각각 50% 동시 이축 연신을 행하여 광학 이방성 필름을 제조하였고, 제조된 광학 이방성 필름에 대하여 실시예 1과 동일한 특성들을 동일한 방법으로 측정하였 으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
[실시예 5]
실시예 2와 동일한 방법(폴리메틸 메타크릴레이트 중합체 80 중량%와 스티렌-무수말레인산 공중합체 20 중량%로 구성된 수지 조성물 사용)으로 무연신 필름을 제조하였으며, 제조된 무연신 필름에 대하여 실시예 4와 동일한 동시 이축 연신을 행하여 광학 이방성 필름을 제조하였고, 제조된 광학 이방성 필름에 대하여 실시예 1과 동일한 특성들을 동일한 방법으로 측정하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
[실시예 6]
실시예 3과 동일한 방법(폴리메틸 메타크릴레이트 중합체 70 중량%와 스티렌-무수말레인산 공중합체 30 중량%로 구성된 수지 조성물 사용)으로 무연신 필름을 제조하였으며, 제조된 무연신 필름에 대하여 실시예 4와 동일한 동시 이축 연신을 행하여 광학 이방성 필름을 제조하였고, 제조된 광학 이방성 필름에 대하여 실시예 1과 동일한 특성들을 동일한 방법으로 측정하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
[실시예 7]
스티렌-무수말레인산 공중합체로서 Dylark 232(무수말레인산 단량체 함량 8%, NOVA Chemical 제조)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 광학 이방성 필름을 제조하였고, 제조된 광학 이방성 필름에 대하여 실시예 1과 동일한 특성들을 동일한 방법으로 측정하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
[비교예 1]
실시예 1과 동일한 폴리메틸 메타크릴레이트 중합체(HP06, LG MMA 제조)만을 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 무연신 필름을 제조하였고, 제조된 무연신 필름에 대하여 실시예 1과 동일한 특성들을 동일한 방법으로 측정하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
[비교예 2]
실시예 1과 동일한 폴리메틸 메타크릴레이트 중합체(HP06, LG MMA 제조)만을 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 무연신 필름을 제조하였고, 제조된 무연신 필름에 대하여 연신 온도 105oC로 실시예 1과 동일하게 일축연신을 행하여 광학 이방성 필름을 제조하였다. 제조된 광학 이방성 필름에 대하여 실시예 1과 동일한 특성들을 동일한 방법으로 측정하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
[비교예 3]
실시예 2와 동일한 방법으로 무연신 필름을 제조하였고, 제조된 무연신 필름에 대하여 실시예 1과 동일한 특성들을 동일한 방법으로 측정하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
[표 1]
Figure 112006037122768-PAT00002
상기 표 1에서 알 수 있듯이, 광학 이방성 필름 내의 스티렌-무수말레인산 공중합체 함량이 증가할수록(실시예 1 내지 3) 유리전이온도 및 위상차가 증가하였다. 특히, 이축 연신 공정을 적용하여 광학 이방성 필름을 제조한 결과(실시예 4 내지 6), Re는 0에 가까우면서 Rth가 양의 값을 나타내는 (+) C-플레이트형 광학 이방성 필름을 제조할 수 있었다. 또한 무수말레인산 단량체의 함량을 달리한 스티렌-무수말레인산 공중합체를 사용하여 이축 연신 필름을 제조한 결과(실시예 5 및 7), Rth 및 유리전이온도가 다른 (+) C-플레이트형 광학 이방성 필름을 제조할 수 있었다. 반면 비교예 1 및 3의 무연신 필름은 복굴절성을 거의 나타내지 않았고, 비교예 1 및 2의 폴리메틸 메타크릴레이트 중합체 단독 필름은 복굴절성은 물론 내 열성도 낮게 나타내었는 바, 어느 경우라도 광학 보상필름으로 사용하기에는 부적절함을 알 수 있었다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 투명성 및 내열성이 우수한 광학 이방성 필름을 저렴하게 제조할 수 있으며, 특히 본 발명에 따라 제조된 (+) C-플레이트(positive C-plate)형 광학 이방성 필름은 광시야각에서의 선명한 화질 및 높은 콘트라스트 비를 얻게 할 수 있기 때문에 광학 보상 필름으로서 IPS 모드의 액정 디스플레이에 적합하게 사용될 수 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예를 중심으로 상세히 설명되었지만, 본 발명의 범주 및 기술상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.

Claims (20)

  1. 폴리메틸 (메타)아크릴레이트 중합체와 스티렌-무수말레인산계 공중합체를 포함하는 내열성 블렌드로부터 얻어진 필름을 연신하여 제조되는 내열성 광학 이방성 필름.
  2. 제1항에 있어서, 두께 방향으로 양의 복굴절성을 나타내는 (+)C-플레이트형인 것을 특징으로 하는 광학 이방성 필름.
  3. 제 1항에 있어서, 필름 두께가 30 내지 200 마이크로미터인 경우 하기 수학식으로 표시되는 두께 방향의 위상차 값(Rth)이 30 내지 1000 nm인 것을 특징으로 하는 광학 이방성 필름:
    Rth= (nz-ny) × d
    상기 수학식에서,
    ny 및 nz는 각각 파장 550 nm에서 측정되는 면내의 고속 축 방향의 굴절률 및 두께 방향의 굴절률을 나타내고,
    d는 필름의 두께를 나타낸다.
  4. 제 1항에 있어서, 내열성 블렌드가 폴리메틸 (메타)아크릴레이트 중합체 30 내지 90 중량% 및 스티렌-무수말레인산계 공중합체 10 내지 70 중량 %를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 이방성 필름.
  5. 제1항에 있어서, 폴리메틸 (메타)아크릴레이트 중합체는 메틸 (메타)아크릴산 메틸 에스테르를 단독으로 중합한 중합체인 것을 특징으로 하는 광학 이방성 필름.
  6. 제1항에 있어서, 폴리메틸 (메타)아크릴레이트 중합체는 메틸 (메타)아크릴산 메틸 에스테르 및 이와 공중합 가능한 불포화 단량체를 공중합한 공중합체인 것을 특징으로 하는 광학 이방성 필름.
  7. 제6항에 있어서, 폴리메틸 (메타)아크릴레이트 중합체는 메틸 (메타)아크릴산 메틸 에스테르를 50 중량% 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 이방성 필름.
  8. 제6항에 있어서, 메틸 (메타)아크릴산 메틸 에스테르와 공중합 가능한 불포화 단량체는 에스테르계 메타크릴산, 에스테르계 아크릴산, 스티렌 화합물, 아크릴로니트릴, 및 말레이미드 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 광학 이방성 필름.
  9. 제1항에 있어서, 스티렌-무수말레인산계 공중합체는 스티렌, α-메틸 스티렌, ρ-브로모 스티렌, ρ-메틸 스티렌 및 ρ-클로로 스티렌으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1 종 이상의 스티렌계 단량체와 무수말레인산계 단량체를 공중합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 광학 이방성 필름.
  10. 제9항에 있어서, 무수말레인산계 단량체는 무수말레인산 단량체, 이미드화 무수말레인산 단량체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 광학 이방성 필름.
  11. 제9항에 있어서, 스티렌-무수말레인산계 공중합체는 스티렌계 단량체 50 내지 96 중량% 및 무수말레인산계 단량체 4 내지 50 중량%를 공중합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 광학 이방성 필름.
  12. 제1항에 있어서, 산화방지제, 열안정제, 가소제, 대전방지제, 핵제, 난연제, 내후안정제 및 활제로 이루어지는 군으로부터 선택된 1 종 이상의 첨가제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 이방성 필름.
  13. 제1항에 있어서, 연신은 이축 연신인 것을 특징으로 하는 광학 이방성 필름.
  14. 제1항에 있어서, 연신은 내열성 블렌드의 유리전이온도(T g)를 기준으로 했을 때 T g-30oC 내지 T g+30oC의 온도 범위에서 수행하는 것을 특징으로 하는 광학 이방성 필름.
  15. 제1항에 있어서, 400 내지 800 nm에서의 광 투과율이 90% 이상인 것을 특징으로 하는 광학 이방성 필름.
  16. 제1항에 있어서, 코로나 방전처리, 글로우 방전처리, 화염 처리, 산 처리, 알칼리 처리, 자외선 조사 처리, 코팅 처리로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상의 방법으로 표면 처리된 것을 특징으로 하는 광학 이방성 필름.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 광학 이방성 필름을 시야각 향상과 색상보상을 위한 보상필름으로서 포함하는 액정 디스플레이 장치.
  18. 제17항에 있어서, 보상필름은 (+)C-플레이트형인 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
  19. 제17항에 있어서, IPS 모드인 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
  20. 제17항에 있어서, 보상필름은 액정패널의 외측면 또는 내측면에 부착되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
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