KR100248669B1 - 편광필름의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 직선편광을 뽑아 내는데 사용되는 편광필름(Polarizing film)의 제조방법에 관한 것으로, 폴리비닐알콜(PVA) 필름과 셀루로오스트리아세테이트(CTA) 필름으로 구성되는 편광판을 제조하는데 있어서 PVA필름과 합착되는 CTA필름의 합착면의 표면을 소디움메틸알콜용액과 같은 소디움메탈의 알콜용액(Metalic Sodium Alcoholic Solution)이나 소디움메탈의 테트라하이드로푸란(Tetrahydrofuran)용액과 같은 소디움메탈의 유기용매용액(Metalic sodium arganic solvent solution)으로 약간 부식(Etching) 시킨 후 그 부식면에 극박막의 PVA층을 코팅하여 극박막의 PVA층이 CTA 필름층에 고정되도록 하여 CTA필름과 극박막의 PVA 코팅층을 일체화 시켜준 후 이 면이 대기중에서 건식으로 연신시킨 PVA 필름층과 합착되도록 하고 요드용액 염색처리 및 붕산 붕사 혼합수용액으로 가교화시켜 별도의 접착제나 점착제를 사용하지 않고 편광필름이 형성되도록 하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 방법으로 형성시킨 편광필름은 접착제 사용으로 인한 두께가 증가되는 것을 피할 수 있어 필름을 박판으로 제조하기에 용이하고 광의 투과, 굴절, 편광 효과면에서 있어서도 별도의 접착제나 점착제를 사용하지 않으므로서 접착제나 점착제 사용으로 인한 변화 요인이 발생되지 않는다.

Description

편광필름의 제조방법
본 발명은 직선편광을 뽑아내는데 사용되는 편광필름(Polarizing film)의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 빛은 편광면(Plane of Polarization)이 수직인 두개의 적선편광이 합하여진 것으로 볼 수 있다. 빛의 진행방향과 자기장(磁氣場)을 포함하는 면을 편광면이라 부르며, 편광면이 하나의 평면(平面)에 한정되어 있는 것을 직선편광 또는 평면편광이라고 하는데 본 발명은 직선 편광을 뽑아 내는데 사용되는 필름상 합성수지로 된 편광필름의 제조방법에 관한 것이다.
광선중에서 직선평관을 뽑아내는데 사용되는 대표적인 것으로서는 수정(水晶)과 같은 복굴절성(復屈折性)의 결정을써서 만들어진 편광프리즘(Polarizing prism)이 있다.
최근 액정표시장치가 광범위하게 산업에 이용됨에 따라 여기에 응용되는 박막(Thin-film)상의 평광판이 이미 상품화되어 있다.
박막편광판(Polarizing Plastic Thin Film)은 액정표시장치(Liguid Crystal Displays : 이하 LCD라 한다)를 사용하는 손목시계, 전자수첩, 노트북 컴퓨터 켐코더 등의 화상 표시장치나 선그라스(Sun glass)와 같이 편광을 요구하는 분야에서 광범위하게 이용되고 있다.
이 편광판은 그 용도상 편광성능을 유지하면서 두께가 얇을수록 유용하고, 그 특성상 고도의 광투과성과 자외선흡수성, 내수성, 치수나 변형에 대한 안정성, 내마모성 등을 고루 갖출 것이 요구되는 기술집약형 제품이다. 현재 요드(Iodine)로 처리한 폴리비닐알콜(Poly Vinyl Alcohol : 이하 PVA라 한다)필름을 편광기재(基材)필름으로 하고 치수나 변형에 대한 안정성과 내마모성은 물론 우수한 투명성, 자외선 흡수성, 내구성을 갖고 있는 셀루로오스트리아세테이트(Cellulose Triacetate : 이하 CTA라 한다)필름을 이 편광기재필름을 보호하는 보호필름으로 하여 구성시킨 박막편광판(Polarizing plastic thin film)이 시판되고 있다.
박판상 PVA와 CTA를 기재로 하는 종래의 편광필름의 제조방법은 대략 다음과 같다.
Figure kpo00002
통상적으로는 습식 연신방법으로 PVA 필름을 수조(水槽) 중에서 길이방향으로 2~4배 연신(延伸 : Stretching)시켜 PVA 필름의 결정구조가 길이방향의 선상으로 재배열되게한 후 이를 요드수용액(Iodine Water Solution)중에 함침시켜 요드성분이 상기한 연신된 PVA 필름 내부로 침투해 들어가 연청색으로 부터 암녹색 상태까지로 착색되도록 한다. 이와 같이 착색이 되어야 비로서 완전한 편광효과를 나타낼 수 있게 된다. 이를 붕산과 붕사(Borax, Na2B4O7) 혼합 수용액으로 처리하여 주면 상기의 착색 연신된 PVA 필름은 가교화된다. PVA필름은 원래 수용성이나 상기와 같이 가교화하여 경화시켜 준 PVA 필름은 수불용성으로 전환되면서 주입된 요드인자도 고정된다. 이 연신 착색된 PVA 필름(a)을 건조하여 CTA 필름(b)(b')을 점착제 또는 접착제(c)(c')를 사용하여 제1도에 도시한 상태로 접착시켜주면 현재 시판되고 있는 편광필름이 형성된다. 이와 같이 PVA 필름(a)은 편광성 PVA 필름으로 만들어질때 단독 처리되고 있으며, 이렇게 만들어진 편광성 PVA 필름(a) 양면에 2개의 CTA 필름(b)(b')을 합착(合着)시킴에 있어서, 점착제나 접착제(c)(c')를 사용하여 두가지 필름을 합착시켜주고 있으나 접착제 또는 점착제(c)(c')를 사용하여 상기한 2종의 필름을 합착시켜 주게 되면 접착제 사용으로 인하여 편광필름의 두께가 증가되는 것을 피할 수 없게 될 뿐만 아니라, 광투광성, 굴절성, 자외선흡수성 및 치수나 변형에 대한 안정성을 떨어트리게 되어 편광필름의 성능 저하를 가져오게 되는 문제점을 수반하게 된다. 또한 PVA 필름은 연질(軟質)이어서 편광성 필름으로 만들어 질때 까지 단독으로 조작하는데는 그 형태를 유지해 주기가 매우 어렵다는 문제가 있었다.
본 발명은 PVA 필름과 CTA 필름을 접합시켜 편광판을 구성시켜주는데 있어서, 접착제 사용으로 인한 편광판의 두께가 증가되는 것을 억제시켜주기 위하여 즉, 최소량의 접착제 만으로 접착시켜 주기 위하여 CTA 필름의 합착면 표면을 부식시켜 미세한 요철면이 형성되도록 하고 여기에 PVA 수용액을 코팅하여 PVA 수용액이 상기 요철면에 침투 도포되도록하므로서 극소량의 PVA 만으로 접착력이 유시되도록 하여 PVA 필름과 CTA 필름의 접합에 따른 편광판의 두게 증대를 피할 수 있는 편광필름의 개선된 제조방법을 제공하는데 있다.
제1도는 종래 편광필름의 일부 확대 단면도.
제2도는 본 발명에 따른 편광필름의 일부 확대 단면도.
제3도는 본 발명의 제조공정도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ, Ⅰ', Ⅱ' : CTA(Cellulose Triacetate)필름
1, 1' : PVA(Poly Vinyl Alcohol) 코팅층 2 : PVA 필름
R1, R2: 연신로울러 R3, R4: 접촉로울러
R5, R6: 접합로울러
본 발명은 PVA 필름과 CTA 필름으로 구성되는 편광판을 제조하는데 있어서 PVA필름과 합착되는 CTA필름의 합착면의 표면을 소디움메틸알콜용액과 같은 소디움 메탈의 알콜용액(Metalic Sodium Alcoholic Solution)이나 소디움메탈의 테트라하이드로푸란(Tetrahydrofuran)용액과 같은 소디움메탈의 유기용매용액(Metalic sodium arganic solvent solution)으로 약간 부식(Etching) 시킨 후 그 부식면에 1㎛이하의 극박막의 PVA층이 코팅되도록 하여 극박막의 PVA층이 CTA 필름층에 고정되도록 하고 CTA필름과 극박막의 PVA 코팅층을 일체화 시켜준 후 이 면이 대기중에서 건식으로 연신시킨 PVA 필름층과 합착되도록 하고 요드용액 염색처리 및 붕산과 붕사의 혼합수용액으로 처리하여 별도의 접착제나 점착제를 사용하지 않고 편광필름이 형성되도록 하는 방법에 관한 것이다.
이하 본 발명의 제조공정을 첨부된 제3도에 도시한 바에 따라 설명한다.
1단계공정 (CTA 보호필름 표면 부식공정)
두께 50C~90ｕ정도의 CTA 필름 표면에 그라비아 인쇄방식으로 소디움메틸알콜 용액을 1~10ｕ정도의 두께로 도포하면 CTA 필름면은 "금속소디움"의 강력한 반응력에 의하여 빠르게 부식된다. CTA 표면을 0.1~1ｕ의 PVA 코팅층이 합착될 수 있을 정도로 부식 시킨 다음 이온을 제거한 탈이온수(Deionized Water)로 세척한후 건조시킨다. 부식된 CTA 필름(Ⅰ)을 얻는다.
2단계공정 (PVA 용액 코팅공정)
상기 1단계 공정에서 표면 부식시킨 CTA 필름(Ⅰ)면에 그라비아인쇄 방식으로 1%의 PVA 수용액을 도포한 후 건조시켜 0.1-1ｕ의 PVA 코팅층(1)을 갖는 CTA필름(Ⅱ)을 만든다. 이렇게 하여주게 되면 PVA 코팅층(1)은 CTA 필름(Ⅰ)층과 일체화 되어 PVA 코팅층(2)이 CTA 필름(Ⅰ)층에 고정된 CTA 필름(Ⅱ)을 얻는다.
3단계공정 (PVA 필름 연신공정)
두께 50~90ｕ의 PVA필름을 습도 100% 대역을 통과시킨 후 즉시 연질 로울러 (R1)(R2)를 이용하여 온도 150℃~300℃의 가열봉(Heat Bar)(HB)상을 통과시키면서 약 4배 연신시킨다. 연신된 PVA 필름(2)이 얻어진다.
4단계공정 (연신된 PVA 필름과 PVA 코팅층을 갖는 CTA 필름과의 합착공정)
PVA 코팅된 CTA 필름(Ⅱ)의 PVA 코팅층(1) 표면과 약 4배로 연신시킨 PVA 필름(3)을 두개의 접촉로울러(Roller)(R3)(R4)를 이용하여 상부에서 탈이온수를 적하(Dripping)하면서 CTA 필름(Ⅱ)의 PVA 코팅층(1)과 연신된 PVA 필름(2)이 합지되도록 압착시켜주면 탈이온수에 의하여 CTA 필름(Ⅱ)의 PVA 코팅층(1) 표면과 PVA 필름(2)의 표면이 팽윤되면서 접착성을 갖게 되어 두 필름은 쉽게 합착된다.
이렇게 합착된 면은 접착제 또는 점착제를 사용하지 않고 PVA 상호간의 자체 결합으로 동일체로서 CTA 필름과 접착된 상태로 된다. 즉, CTA 필름(Ⅱ)에 연신된 PVA 필름(2)이 합착된 CTA 필름(Ⅲ)를 얻는다.
5단계공정 (편광필름층 형성공정)
이 공정은 요드 수용액에 침지시키는 염색공정과 붕산과 붕사의 혼합수용액으로 처리하는 두가지 공정으로 분리된다. 첫번째 공정으로 4단계공정에서 합치된 CTA 필름(Ⅲ)을 30℃~50℃로 가열된 0.3~5%의 오드수용액조에 침지시켜서 염색되게하며 이때 요드 분자가 연신된 PVA 필름(2)내부로 침투되게 된다.
이 공정에서 요드용액 농도에따라 연청색으로 부터 암녹색으로 까지 색상을 조정할 수 있다. 이와ㅍ같이 요드로 염색된 CTA 필름(Ⅲ)은 곧바로 50℃~70℃로 가열된 붕산 5%와 붕사 1%를 함유하는 혼합수용액조로 침지시켜 요드 분자로 염색된 PVA 필름(2)층이 가교화되어 물 불용성으로 만들어주고 요드분자도 고착시키게 되며 내열성을 갖는 CTA 필름(Ⅳ)을 형성하게 된다.
종래의 방법에서는 PVA 필름 자체를 수중에서 습식으로 연신하고 가열된 요드용액조와 붕산 붕사 혼합수용액 조를 연속적으로 거쳐가며 작업을 하게 되므로 수중에서 팽윤, 용해되는 PVA 필름을 형태를 유지시키면서 원활하게 작업하기가 곤란하여 작업하기가 매우 어려운 상태에서 작업을 진행시킬 수 밖에 없었으나, 본 발명에서는 건식으로 연신시킨 PVA 필름(3)이 CTA 필름(Ⅱ)과 합지된 CTA 필름(Ⅲ)의 형태로 작업이 이루어 지므로 가열된 요드용액조와 붕산 붕사 혼합수용액조에서 연속적으로 요드염색 및 가교처리되는 중에서도 CTA 필름(Ⅰ)이 지지채로 작용하여 안정된 상태에서 형태의 변화없이 작업을 수행할 수 있다. 이와 같이 CTA 필름(Ⅰ)이 지지체(Carrier)의 역활을 갖게한 것이 이 발명의 특성중의 하나라고 하겠다.
6단계공정 (양면 CTA 보호 필름층의 형성공정)
1단계공정 내지 2단계공정과 동일한 공정으로, CTA 필름(Ⅰ')에 PVA 코팅층(1')이 형성되는 CTA 필름(Ⅱ')을 별도로 준비한다. 이 CTA 필름(Ⅱ')의 PVA 코팅층(1')과 5단계공정에서 형성된 요드인자가 주입된 편광성을 갖는 CTA 필름(Ⅳ)의 PVA 필름(2)면을 두개의 접합로울러(R5)(R6)를 이용하여 합지하면서 5%의 붕산과 1%의 붕사의 혼합수용액을 상부에서 적하(Dripping)시키면서 CTA 필름(Ⅳ)의 요드착색편광 처리 PVA 필름(2)과 CTA 필름(Ⅱ')의 박막 PVA 코팅층(1')을 접착시킨다. 이때 4단계 공정과 같이 탈이온수를 쓰지 않고 CTA 필름(Ⅱ')의 PVA를 가교시키기 위하여 붕산 부사 혼합수용액으로 적하 합지하였다. 합지된 CTA 필름(V)이 얻어진다.
상기 1단계공정부터 6단계공정을 거처서 얻어진 CTA 보호층을 갖는 PVA 편광필름층과 CTA 필름으로 구성된 편광판을 만들 수 있으며 특별한 점착이나 접착제층을 갖지 않는 PVA 편광필름층과 CTA 보호필름층이 완전하게 결합된 하나의 필름으로 구성된 편광필름을 제조할 수 있게 되는 것이다.
본 발명의 방법으로 형성시킨 편광필름은 접착제 사용으로 인한 두께가 증가되는 것을 피할 수 있어 필름을 박판으로 제조하기에 용이하고 광의 투과, 굴절, 편광 효과면에서 있어서도 별도의 접착제나 점착제를 사용하지 않으므로서 접착제나 점착제 사용으로 인한 편광필름의 변질 요인이 발생되지 않도록 하는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 연신시킨 폴리비닐알콜(PVA) 필름층을 편광기재층으로 하고 셀루로오스트리아세테이트(CTA) 필름층을 보호필름층으로 하여 구성되는 편광필름의 제조방법에 있어서, CTA 필름층 일면을 금속소디움유기용매용액(Metalic sodium organic solvent solution)으로 부식시키고 이 부식면에 PVA 수용액이 침투 도포되도록 하여서 된 박막의 PVA 도포층과 CTA 필름층을 일체화 시킨후 PVA 도포층과 연신된 PVA 필므층이 합착되도록 하고 이 합착된 상태로 PVA 필름을 착색, 가교화시키고 상기 착색, 가교화된 PVA 필름 양면에 CTA 보호필름층을 구성시키는 편광필름의 제종방법.
  2. 제1항에 있어서, 금속소디움 유기용매용액이 금속소디움을 함유한 메틸알콜용액이나 테트라하이드로푸란인 편광필름의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, CTA필름 표면에 박막코팅된 PVA 코팅층과 건식으로 연신시킨 PVA 필름층을 접촉로울러를 이용하여 합착시키는 편광필름의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, CTA 필름과 연신 PVA 필름이 합착된 필름 상태로 요드염색처리, 붕산과 붕사의 혼합수용액으로 가교화 시키는 편광필름의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 요드염색 및 가교화한 PVA 필름과 CTA 필름이 합착되어서 구성된 필름의 PVA 필름층에 또 하나의 CTA 필름을 합착시키는 편광필름의 제조방법.
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