광학 보상 필름, 편광판 및 액정 표시 장치 document_id A220623068075

CRT (cathode ray tube) 와 비교해서, 액정 표시 장치 (LCD) 는 소형, 경량이며 소비 전력이 적은 이점이 있다. 액정 표시 장치는 액정셀 및 그 액정셀의 양측에 배치된 1쌍의 편광판을 포함한다. 액정셀은 막대형상의 액정 분자들, 이들 막대형상의 액정 분자들을 봉입하기 위한 2장의 기판들 및 이들 막대형상의 액정 분자들에 대해 전압을 인가하기 위한 전극층을 포함한다. 이와 같이 액정셀에 봉입된 막대형상의 액정분자들을 배향하기 위해서, 2장의 기판들은 각각 그 위에 제공된 배향 필름을 가진다. 액정셀상에 표시되는 이미지를 탈색하기 위해서, 액정셀과 편광판 사이에 광학 보상 필름 (위상차판) 을 삽입하는 것이 종종 실행되고 있다. 편광판 (편광 필름) 과 광학 보상 필름의 적층물은 타원 편광판으로서 기능한다. 광학 보상 필름은 액정셀의 시야각을 확대할 수 있게 한다. 지금까지는 연신 복굴절 필름이 광학 보상 필름으로서 사용되고 있다. 또한, 연신 복굴절 필름 대신에 디스코틱 화합물을 함유하는 광학 이방성층을 갖는 광학 보상 필름을 사용하는 것이 제안되어 있다 (예컨대, 일본 특허공개 공보 평6-214116호, 미국 특허 제5,583,679호, 독일 특허 출원 공개 제3,911,620호 및 미국 특허 제4,583,825호 참조). 광학 이방성층은 디스코틱 화합물을 배향시킨 후, 이와 같이 배향된 디스코틱 화합물을 고정함으로써 형성된다. 디스코틱 화합물은 통상적으로 높은 복굴절성을 가진다. 디스코틱 화합물은 다양한 형태로 배향될 수 있다. 따라서, 디스코틱 화합물을 사용함으로써, 종래에 연신된 필름들에 의해서는 결코 얻을 수 없었던 광학 특성을 갖는 광학 보상 필름을 제작할 수 있다. 액정셀은 액정 화합물의 배향에 있어서의 차이에 의존하여 ON/OFF 표시를 수행한다. 투과형 표시 장치 및 반사형 표시 장치 둘다에 적용될 수 있는, TN (Twisted Nematic), IPS (In-plane Switching), OCB (Optically Compensatory Bend), VA (Vertically Aligned), ECB (Electrically Controlled Birefringence) 및 HAN (Hybrid Alignment Nematic) 모드와 같은 표시 모드들이 제안되어 있다. 이들 LCD들 중에서도 높은 표시 충실도 (fidelity) 를 요구하는 것으로서, 박막 트랜지스터에 의해 구동되는, 양의 유전율 이방성을 갖는 네마틱 액정 화합물을 포함하는 90°트위스트된 네마틱 액정 표시 장치들 (이하, "TN 모드"라고도 함) 이 주로 사용되고 있다. 이들 TN 모드의 액정 표시 장치들은 정면에서 봤을 때 우수한 표시 특성을 나타내지만, 계조 표시 동안의 계조 반전 또는 비스듬하게 봤을 때에 콘트라스트가 저하되기 때문에 표시 특성의 관점에 불리하다. 이들 표시 특성의 개량을 제공하는 것이 강하게 요망되고 있다. 또한, 이들 TN 모드의 액정 표시 장치들은 제한된 응답성을 가지기 때문에 불리하다. 그리하여, 보다 높은 응답성을 가지는 액정 모드를 포함하는 LCD를 개발하는 것이 요망되고 있다. 지금까지는 TN 모드의 액정 표시 장치에 대한 광학 보상 필름들이 개발되어 있다. 최근 액정 텔레비전에 대한 수요가 증가하면서, 예컨대, 트레일링 애니메이션 (trailing animation), 잔상과 같이, 응답시에 액정 표시 장치에 문제가 있다는 것이 지적되고 있다. 따라서, 높은 응답성을 특징으로 하는 OCB 모드 (또는 밴드 모드) 의 액정 표시 장치가 주목되고 있다. 예컨대, 미국 특허 제4,583,825호 및 미국 특허 제5,410,422호에는, 액정셀의 상측과 하측에서 반대되는 방향으로 (대칭적으로) 배향되는 막대 형상의 액정 분자들을 갖는 밴드 배향된 액정셀을 포함하는 액정 표시 장치가 개시되어 있다. 막대형상의 액정 분자들은 액정셀의 상측과 하측에서 반대되는 방향으로 대칭적으로 배향되어 있기 때문에, 밴드 배향된 액정셀은 자체 광학 보상 기능을 가진다. 따라서, 이러한 액정 모드는 OCB (optically compensatory bend; 광학 보상 밴드) 액정 모드라고도 불린다. 밴드 배향된 액정 표시 장치는 높은 응답성을 나타내기 때문에 유리하다. 통상의 액정 모드들 (TN 모드, STN 모드) 과 비교해서, 밴드 배향 모드는 큰 시야각 및 높은 응답성을 특징으로 한다. 그러나, 밴드 배향 모드는 CRT에 비해 더욱 개선될 필요가 있다. 밴드 배향된 액정 표시 장치들을 더욱 개선하기 위해, 통상의 액정 모드들에서도 광학 보상 필름을 사용하는 것을 제안할 수 있다. 그러나, 연신 복굴절 필름을 갖는 종래의 광학 보상 필름은 밴드 배향된 액정 표시 장치에 사용될 때 문제가 있다. 상술한 바와 같이, 연신된 복굴절 필름 대신에 디스코틱 화합물을 함유하는 광학 이방성층을 갖는 광학 보상 필름을 사용하는 것이 제안되어 있다. 예컨대, 일본 특허공개 공보 평9-211444호 및 일본 특허공개 공보 평11-316378호에 개시된 발명은 액정 화합물층을 갖는 광학 보상 필름을 포함하는 OCB 모드의 액정 표시 장치에 관련된 것이다. 그러나, 이들 특허 문헌에 개시된 바와 같이 공지된 광학 파라미터들을 제어하는 것만으로 양호한 시야각 특성을 얻는 것은 어렵다. 또한, 디스코틱 화합물을 함유하는 광학 보상 필름을 포함하는 밴드 배향된 액정 표시 장치가 제안되어 있다 (예컨대, 일본 특허공개 공보 평9-197397호 및 국제 특허 공개 제96/37804호 팜플렛 참조). 또한, 디스코틱 화합물을 함유하는 광학 보상 필름을 포함하는 밴드 배향된 액정 표시 장치의 계조 반전을 방지하고 색미 변화를 제거하기 위한 다양한 방법들이 제안되어 있다 (예컨대, 일본 특허 제3056997호 및 일본 특허공개 공보 제2002-40429호 참조). 디스코틱 화합물을 함유하는 광학 보상 필름을 사용함으로써, 밴드 배향 모드의 액정 표시 장치의 시야각을 현저하게 개선할 수 있다. 디스코틱 화합물을 함유하는 광학 보상 필름을 포함하는 밴드 배향 모드의 액정 표시 장치는, 특정 파장을 갖는 광이 누설되어, 표시된 이미지의 착색을 야기시키기 때문에 불리하다 (일본 특허공개 공보 평11-316378호 공보). 이러한 착색은 타원 편광판 (편광 필름 및 광학 보상 필름의 적층체) 의 투과의 파장 의존성에 기인한다고 개시되어 있다. 액정셀에 내재된 액정 분자들의 이방성의 파장 의존성 및 광학 보상 필름 (예컨대, 디스코틱 액정) 의 이방성의 파장 의존성은 서로 다르며, 밴드 배향의 액정 표시 장치는 통상 단파장 광 (블루) 의 누설을 보이고 있다. 그러나, 광학 보상 필름 (디스코틱 액정) 및 액정 분자들의 파장 의존성이 서로 일치하도록 함으로써 블랙 표시시의 색미 (tint) 가 개선될 수 있다. 디스코틱 화합물들의 원반면의 법선을 광학 이방성층에 정규적으로 투영한 평균 방향과 편광 필름의 면내 투과축이 이루는 각도가 실질적으로 45°가 되도록 광학 이방성층 및 편광 필름이 배치될 경우에, 밴드 배향 모드의 액정셀에 대한 최대 광학 보상 효과가 얻어진다고 보고되고 있다. 디스코틱 화합물을 함유하는 광학 보상 필름을 포함하는 밴드 배향된 액정 표시 장치에 대한 계조 반전을 방지하고 색미 변화를 제거하기 위해, 다양한 방법들이 제안되어 있다 (예컨대, 일본 특허 제3056997호 및 일본 특허공개 공보 제2002-40429호 참조). 최근, 대형 TV에 액정 표시 장치가 더욱더 사용되고 있다. 그리하여, 보다 높은 표시 충실도를 갖는 액정 표시 장치가 요구되고 있다. 특히 블랙 표시 충실도를 고려하면, 디스코틱 화합물을 함유하는 종래의 광학 보상 필름을 사용하더라도 밴드 배향된 액정 표시 장치에 대해 요구되는 콘트라스트 특성 및 시야각 특성을 만족하면서 높은 블랙 표시 충실도를 얻기는 어려웠다. 각 일본 특허공개 공보 평7-306317호 및 일본 특허공개 공보 평9-104866호에는, 위상판의 광학 이방성층의 형성에 적합한 디스코틱 액정성 분자로서 2,3,6,7,10,11-헥사4-(6-아크릴로일옥시헥실옥시)벤조일옥시트리페닐렌이 개시되어 있다 (특허 문헌 1 및 2). 부수적으로, 위상판의 리타데이션 값 (Δnd) 은 보상될 액정셀의 광학 특성에 따라 결정된다. 리타데이션 값 (Δnd) 은 광학 이방성층의 굴절률 이방성 (Δn) 과 광학 이방성층의 두께 (d) 의 곱이다. 광학 이방성층의 굴절률 이방성 (Δn) 이 클 경우, 광학 이방성층의 두께 (d) 가 작더라도 액정셀을 보상할 수 있다. 그러나, 각 특허 문헌 3 및 특허 문헌 4에 개시된 디스코틱 액정성 화합물에 의하면, 상당히 큰 굴절률 이방성 (Δn) 을 갖는 광학 이방성층을 형성하는 것이 매우 어렵다 (일본 특허공개 공보 평7-306317호 및 일본 특허공개 공보 평9-104866호). 한편, 일본 특허공개 공보 제2001-166147호에는 큰 굴절률 이방성을 갖는 디스코틱 액정이 개시되어 있다. 그러나, 파장 분산 특성이 저하되므로 (즉, 파장 분산성이 증가하므로), 성능 개선이 불충분하다 (일본 특허공개 공보 제2001-166147호). 일반적으로, 파장 분산 특성 및 굴절률 이방성은 상반관계가 있다. 굴절률 이방성이 증가되면, 파장 분산 특성이 저하된다. 파장 분산 특성이 저하되면, 위상판의 성능 중 하나인 컬러 표시의 색미 변화를 저하시키므로, 바람직하지 않다. 굴절률 이방성의 증가가 파장 분산 특성의 저하로 이어지는 상반 관계를 탈피하는 기술의 개발에 대한 요구가 생기고 있다. 한편, 종래 기술에 의하면, 15인치 이하의 소형, 또는 중간 크기의 액정 표시 장치들에 대해 주로 사용될 것으로 생각되는 광학 보상 필름들이 개발되어 왔다. 그러나, 최근에는, 17인치 이상의 대형, 그리고 고휘도의 액정 표시 장치들에 대해 사용되는 것이 필요로 되고 있다. 종래의 광학 보상 필름을 보호 필름으로서 대형 액정 표시 장치의 편광판 상에 장착할 경우, 패널 상에 불균일 (nonuniformity) 이 생기는 것을 발견하였다. 이러한 결점은 소형 또는 중간 크기의 액정 표시 장치에서는 크게 두드러져 보이지 않았다. 그러나, 대형 및 고휘도를 향한 경향에 대처하기 위해서는, 불균일한 광 누설에 대처할 수 있는 광학 보상 필름을 더욱 개발할 필요성이 생기고 있다. 또한, 종래 기술에 의하면, 상술한 바와 같은 광학 보상 필름은 슬롯 다이를 사용하는 코터에 의해 웹 상에 코팅 용액을 코팅하여 적층함으로써 제조된다. 최근에는, 광학 보상 필름의 제조시에 소망하는 기능을 발현시키기 위해, 여느 때 보다도 습식 필름 두께가 작은 20㎛ 이하 영역의 코팅 방법에 대한 요구가 증가하고 있다. 이러한 광학 보상 필름은 엄밀한 코팅 필름 두께 정밀도 및 코팅 필름 특성을 가지도록 요구되므로, 고 정밀도의 박층 코팅 기법이 요구된다. 그리하여, 예리한 에지로 슬롯 다이의 선단을 형성하는 기술이 제안되어 있다 (일본 특허공표 공보 평9-511682호). 한편, 광학 보상 필름의 코팅 시스템으로서 와이어 바를 사용하는 방법에 의하면, 용액 저장고 내의 코팅 용액 진동, 및 코팅과 연관되는 롤의 편향 또는 배향불량에 의해 단차 불균일이 생기는 경향이 있다. 또한, 이들 코팅 시스템은 후측정 시스템이며, 따라서 안정된 필름 두께의 확보를 비교적 어렵게 한다. 이 때문에, 이들 코팅 시스템에 의하면, 코팅 속도를 주어진 속도 이상으로 증가시키키가 어렵다. 따라서, 코팅에 있어서의 고유한 높은 수준의 생산성을 충분히 활용할 수 없다.