KR100310164B1

KR100310164B1 - 편광필름및그제조방법

Info

Publication number: KR100310164B1
Application number: KR1019950043934A
Authority: KR
Inventors: 김일용; 조서현; 석재한; 강승구; 정창범; 이해주; 정일영
Original assignee: 구광시; 주식회사 코오롱
Priority date: 1995-11-27
Filing date: 1995-11-27
Publication date: 2001-12-28
Also published as: KR970025950A

Abstract

150∼500㎛ 두께의 폴리에스테르 필름층, 상기 폴리에스테르 필름층 위에 형성된 1∼7㎛ 두께의 자외선 코팅층, 상기 폴리에스테르 필름층 아래에 형성된 30∼50㎛ 두께의 점착층, 상기 자외선 코팅충 위와 점착층 아래에 30∼50㎛ 두께로 형성된 폴리에틸렌 필름층을 포함하는 폴리에스테르를 이용한 편광 필름은 별도의 보호 필름이 필요하지 않아 전체 공정을 줄일 수 있어서 생산원가를 감소할 수 있으며,내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

[발명의 명칭]

편광 필름 및 그 제조방법

[발명의 상세한 설명]

[산업상 이용분야]

본 발명은 편광 필름 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 액정표시장치용 폴러에스테르(polyester) 필름을 이용한 편광 필름 및 그 제조방법에 관한 것이다.

[종래 기술]

종래의 편광 필름은 폴리비닐알코을 필름을 요오드 용액과 가시광 영역(400∼550 nm)의 빛을 흡수하는 염료용액에 침지한 후 일축 방향으로 연신하고, 이에 따른 배향도를 갖게 함으로서 제조된다.

종래의 편광 필름은 편광막으로 40∼60㎛ 두께의 폴리비닐알코을 필름, 상기 폴리비닐알코을 필름을 보호하기 위하여 상, 하부에 각각 30∼40㎛,30∼50㎛ 두께로 형성된 제 1, 제 2 아세틸 셀롤로오스 필름, 상기 제 1 아세틸 셀룰로오스 필름 상부에 30∼50㎛ 두께로 형성된 폴리에스테르 필름, 상기 제 2 아세틸셀룰로오스 필름 하부에 30∼50㎛ 두께로 형성된 점착층 및 이 점착층 하부에 형성된 30∼50㎛ 두께의 폴리에틸렌 필름으로 구성되어 있다.

상기한 구조를 갖는 폴리비닐알코올(Polyvinylalcohol) 필름을 편광막으로 사용하는 종래의 편광 필름은 그 제조공정에서 폴리비닐알코을 필름을 연신할 때 성능이 저하되거나 용해하는 문제점이 발생한다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 통상적으로 폴리비닐알코을 필름 위에 아세틸 셀룰로오스(acetylcellulose) 생산원가가 상승하는 등의 문제점이 발생하게 된다.

[본 발명이 해결하려는 과제]

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 편광막 필름에 별도의 보호필름이 요구되지 않는 새로운 구조의 편광 필름과 이를 단순한 공정으로 생산할 수 있는 편광필름의 제조방법에 관한 것이다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 1,4-사이클로헥산디메탄올을 구성 단위체로서 포함하는 폴리에스테르 필름으로 구성된 편광막; 상기 편광막의 한 면에 형성된 자외선 코팅층; 상기 편광막의 상기 자외선 코팅충에 대항하는 다른 일면에 형성된 점착층; 상기 자외선 코팅층과 상기 점착층을 보호하기 위해 상기 자외선 코팅층 상부와 상기 점착층 하부에 형성된 폴리에텔렌 필름층을 포함하는 편광(polarizing) 필름을 제공한다.

상기한 본 발명에 있어서, 상기 폴리에스테르 필름층과 상기 폴리에털렌 필름층 사이에 형성되는 상기한 자외선 코팅층은 우레탄 아크릴레이트 올리고머(urethane acrylate oligomer) 10∼40%, 폴리에스테르 아크릴레이트 올리고머(polyester acrylate oligomer) 10∼30%, 비닐피롤리돈(vinylpyrrolidone) 15∼40%, 광개시제 1∼5%, 아민(amine) 2∼6%, 자외선 흡수제 0.8∼1.5%, 기능성 첨가제 0.1∼1.0%를 포함하는 자외선 코팅용 레진(resin)으로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 우레탄 올리고머를 맡은 양으로 사용하면 경도와 접착성을 높여 주며 반응속도가 빨라서 코팅 속도를 빠르게(50 m/min 이상)할 수 있고, 상기한 폴리에스테르 아크릴레이트 을리고머는 반응기를 2개 이상 가지고 있어서 망상 구조에 따른 열경화성 코팅층을 형성할 수 있다. 또한 상기한 비닐피롤리돈은 반응성 회석제로서 점도를 조절하며 정화된 코팅층의 유연성을 제공하며, 상기 광개시제는 자외선을 흡수하여 여타 성분의 반응을 개시하는 역할을 하며 보통은 아세토페논(acetophenon)류+아민(amino)과 함께 사용한다. 기능첨가제로서 실리콘 계통의 기능성 첨가제를 사용하였는데 내후성을 보충해주며 내오염성 및 고광택성을 높일 수 있다.

상기한 본 발명에 있어서, 상기 폴리에스테르 필름층은 편광막으로서 기능하며 그 두께는 25∼80㎛로 하는 것이 바람직하다.

상기 자외선 코팅층의 두께는 1∼7㎛로 형성하였는데, 이 자외선 코팅층의 두께가 10 이하이면 코팅충의 역할인 내오염성과 내마모성 효과가 나타나지 않으며 7㎛ 이상이면 경제성이 없고, 표면이 딱딱하여 유연성이 떨어지는 문제가 발생하여 바람직하지 않다.

상기한 자외선 코팅충을 보호하기 위하여 상기 편광 필름의 최상부에 폴리에틸렌 필름을 30∼50㎛의 두께로 형성한다.

또한, 본 발명에 따른 편광 필름의 점착층을 25∼40㎛의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 점착층 아래에는 이 점착층을 보호하기 위하여 30∼50㎛ 두께의 폴리에틸렌 필름을 적층한다.

상기한 본 발명에 있어서, 점착제는 절대적으로 투명성이 우수해야(Haze=0.05 이하)하며 동시에 열안정성, 내구성 및 점착력이 우수해야 하므로 이를 만족할 수 있는 아크릴계 점착제, 특히 점착력 및 유연성이 우수한 부틸아크릴레이트(Butyl acrylate)의 함량이 40% 이상이며 여타의 가교제 및 분산제를 함유한 아크럴 점착제를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 점착층의 두께는 일정이상 (0.6 kg/cm)의 점착력을 가져야 하므로 이들은 나이프 코팅 방식에 의해 20∼50㎛의 두께로 제조한다. 상기 점착층의 두께가 20㎛이하이면 점착력이 약하며, 40㎛ 이상은 경제성 및 투명성에 문제가 있어 바람직하지 않다.

상기한 본 발명에 있어서, 상기 폴리에틸렌 필름층위에 액정표시장치에 사용되는 글래스에 점착시킬 때 상기 점착층의 하부에 형성된 폴리에틸렌 필름이 잘 떨어지도록 실리콘(silicon)을 이형처리한 실리콘 코팅층을 더 포함하는 것이 바람직하다. 제조한 폴리에틸렌 이형 필름은 평활성(표면조도편차 0.5㎛ 이내)이 우수해야 하며 실리콘 코팅층은 점착제 박리시 점착제쪽으로 전사되는 양이 10% 이내이어야 한다. 이를 위해서 상기 실리콘 코팅충의 두께는 2∼4㎛인 것이 바람직하며, 코팅층 두께가 2㎛ 이하이면 점착제와의 이형성이 떨어지며 4㎛이상은 경제적으로나 실리콘의 경화불량에 따른 점착층으로 전사에 따른 점착력 약화의 원인이 되어 바람직하지 않다.

또한, 상기한 본 발명에 있어서, 편광 필름으로 사용하기 위해서는 통상의 에틸렌 글리콜(ethyleneglycol)과 테레프탈산(terephthalic acid)을 구성 단위로 하는 폴리에스테르 필름의 경우 결정성이 높아 투명도와 염료의 염색이 안되는 문제가 있어 편광 필름으로 적합하지 않았다. 본 발명은 폴리에스테르의 디올(diol) 성분으로서 에틸렌글리콜 대신에 1,4-사이플로헥산디메탄올(1,4-Cyclohexanedimethanol: CHDM)을 전체 디올 성분에 대하여 2∼50mo1%의 양으로 포함시킴으로서 상기 문제점을 해결하였다. 상기 CHDM의 함량이 2mol% 이하이면 비결정 폴리에스테르 생성이 불가능하여 결정영역에 의한 투과도가 낮아지는 (50% 이하) 문제가 발생하며 50 mol% 이상인 경우 CHDM의 가격이 고가인 관계로 경제성이 없어서 바람직하지 않다.

또한, 1,4-사이클로헥산디메탄올을 포함하는 비결정의 폴리에스테르칩을 티-다이 압출기로 고투명의 미연신 폴리에스테르 필름을 제조하고, 이 폴리에스테르 필름을 요오드 및 염료 수용액에 침지한 후 상온에서 공냉하여 염색한 뒤, 상기 염색된 필름을 예열한 후, 3∼20 m/min의 속도로 연신하여 편광성을 부여한 폴리에스테르 필름을 제조하는 단계: 상기 폴리에스테르 필름의 한면에 자외선 코팅층을 형성하는 단계; 상기 폴리에스테르 필름의 상기 자외선 코팅층에 대항하는 다른 일면에 점착층을 형성하는 단계; 상기 자외선 코팅층과 상기 점착층을 보호하기 위한 폴리에틸렌 필름을 형성하는 단계를 포함하는 편광 필름의 제조방법을 제공한다.

상기한 본 발명에 있어서, 상기 염색하는 공정은 70∼100℃의 은도에서, 10^-3-5x10^-1M 범위의 요오드 및 염료 수용액에 10∼120분간 침지하는 것이 바람직하다. 사용하는 염료로는 C₃₄H₂₇N₅O₁₁S₃·3Na(보라색(violet colour))을 사용하며, 편광도에 따라서 여타의 염료와 혼합하여 사용한다. 염색 온도가 70℃ 이하이면 폴리에스테르 사슬이 풀어지지 않기 때문에 염색이 불균일할 뿐만아니라 염색하는데 시간이 오래 걸리는 문제가 발생하며 100℃ 이상은 수용액에서는 불가능하여 바람직하지 않다. 염료농도가 10^-3이하이면 염색시간이 오래 걸림에 따라 생산성이 저하되며, 또한 고편광필름 제조가 어려운 문제가 발생하고, 반면에 0.5M이상은 염료 농도가 진해서 투과도를 떨어뜨리는 문제가 발생하여 바람직하지 않다.

상기한 본 발명에 있어서, 상기 예열 및 연신 온도는 80∼150℃이고, 상기 예열 시간은 10∼90초이며, 연신 배율은 4∼10배인 것이 바람직하다. 연신은 폴리비닐알코을 필름에서와 마찬가지로 연신배율에 따라서 편광도가 커지기 때문에 고편광을 위해서는 8배 이상의 연신이 필요하다. 연신온도 또한 유리전이온도 이상이어야 하며 온도가 높을수록 연신 배율을 높일 수 있다.

80℃ 이하의 예열 및 연신 온도는 유리전이 온도 이하이기 때문에 연신이 불가능하며 반대로 예열 온도 및 연신온도가 150℃ 이상이면 염료의 열안정성이 떨어질 뿐만 아니라 결정화도가 높아져서 투명도가 떨어진다. 예열시간이 30초 이하이면 예열이 덜 되어 고배율 연신이 불가능하며, 반대로 예열시간이 90초 이상이면 생산성 및 힛 셋팅(Heat setting) 현상으로 인한 결정화도가 높아져서 투명도가 떨어지는 문제가 발생하여 바람직하지 않다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예 및 비교예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 본 발명의 바람직한 일실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

1,4-사이클로헥산디메탄올을 2-50 mol% 사용한 비결정의 폴리에스테르 칩을 사용하여 T-다이 압출기를 통하여 150∼500㎛ 고투명의 미연신 폴리에스테르 필름을 제조하였다. 이 폴리에스테르 필름을 70-100℃의 온도에서 10^-3-5×10^-1M 범위의 O₃₄H₂₇N₅O₁₁S₃·3Na(보라색) 염료 수용액에 10∼120분간 침지한 후 상온에서 공냉하였다. 이어서, 80∼150℃의 온도에서 10∼90초간 예열하고, 90∼150℃의 온도에서 3-20 m/min의 속도로 4배의 배율로 일축 연신하여 편광성이 부여된 폴리에스테르 필름을 제조하였다. 상기 폴리에스테르 필름 한 면에 다음 표 1과 같은 자외선 코팅용 레진으로 로팅하여 2∼5㎛ 두께의 자외선 코팅층을 형성하였다.

[표 1]

상기 폴레에스테르 다른 한 면에는 부틸 아크릴레이트를 40% 이상 함유하고, 다른 가교제 및 분산제를 함유한 아크릴 점착제를 사용하여 20∼50㎛ 두께의 점착층을 형성하였다. 이령게 제조된 필름 상, 하부에 폴리에틸렌 필름층을 30∼50㎛두께로 형성하여 편광 필름을 제조하였다.

[실시예 2∼7]

실시예 1의 제조방법중 연신 배율을 각각 5배, 6배, 7배, 8배, 9배 및 10배로 한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 편광 필름을 제조하였다.

[비교예]

상기한 실시예 1에서 연신 배율을 3배로 한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 편광 필름을 제조하였다.

상기한 실시예 1∼7 및 비교예에서 얻어진 폴리에스테르 필름으로 염료침지시험, 연신 시험, 코팅 시험을 하였다.

1) 염료침지 시험

상기한 실시예 1에서 얻어진 400㎛ 두께의 미연신 폴리에스테르 필름을 90℃의 온도에서 2 × 10^-2농도 의 C₃₄H₂₇N₅O₁₁S₃·3Na 수용액에 30분간 침지한 후, 40℃의 온도에서 24시간동안 건조시키고, 8배로 연신하여 연신 후 두께가 50㎛ 되도록 한 편광 필름의 입사하는 빛과 평행한 편광 투과율과 입사하는 빛과 직교 편광 투과율을 측정하여 하기 식(1)을 이용하여 편광도를 측정한 결과 99.4∼99.8%로 나타났다.

편광도 = (k_//- k_ㅗ)^1/2(k_//- k_ㅗ)^1/2‥‥‥‥‥(1)

상기 식에서 k_//는 입사하는 빛과 평행한 편광 투과율이고, k_ㅗ는 입사하는 빛과 직교 편광 투과율이다.

상기 필름의 투과율을 400∼700nm의 UV 스펙트로스코피(spectroscopy)로 측정한 결과 43.0∼44.0%로 나타났다.

2) 폴리에스테르 필름 연신

상기한 실시예 1-7 및 비교예에서 얻어진 200∼500㎛ 두께의 미연신 폴리에스테르 필름을 90℃의 온도에서 30초간 예열한 후, 90℃의 온도에서 5m/min의 연신 속도로 4∼10배의 배율로 연신하여 40∼80㎛의 두께를 갖는 편광 필름을 형성하였다. 식(1)을 이용하여 편광 필름의 연신 배율에 따른 편광도를 측정한 결과는 하기한 표 2와 같이 나타났다.

[표 2]

연신배율에 따른 편광도 (단 두께=50㎛)

3) 자외선 코팅층 포물레이션 및 코팅시험

실시예 1∼7에서 얻어진 편광성이 부여된 폴리에스테르 필름에 그라비어 방식 또는 메이어 바 코팅방법으로 120 W (8 mj/㎠)의 자외선 램프(Lamp) 에너지에서 30m/min의 경화속도로 상기한 표 1의 성분을 포함하는 자외선 코팅용 레진을 3g/㎡ 양으로 도포하여 자외선 코팅층을 형성하였다. 이어서, 120℃의 온도에서 30초간 건조한 후 내긁힘성, 접착성, 유연성, 광택도를 측정한 결과를 하기한 표 3에 나타냈다.

[표 3]

4) 내후성 실험

① 내흡수성 비교시험

10×10cm 크기의 본 발명의 편광필름(편광도 = 99%)과 현재 액정표시장치용 편광 필름으로 가장 많이 사용되는 니토 덴코(Nitto denko)사 G급(grade) 편광필름 20개를 온도 807, 습도 90%의 오븐내(항온, 항습)에 2000시간 방치하였다. 그 결과 상기한 실시예에 따라 제조된 편광 필름의 경우, 편광도만 99%에서 98.8%로 약간 변화할 뿐 거의 변화가 일어나지 않는 반면, 니토 덴코사의 편광 필름은 1000시간까지는 안정하나 1200시간 이후에 염료탈착현상 및 팽윤현상(swelling)이 발생되며, 편광도가 99%에서 90%로 떨어지는 결과가 나타났다.

② 내긁힘성

본 발명의 폴리에스테르 편광 필름(편광도 99%)과 니토 덴코(Nitto denko)사 G 급(grade) 편광필름을 수세미로 필름(단, 점착층이 없는 쪽)을 문지르거나, 또는 칼로 연필(2B-5H 범위)심지의 날을 세워서 60°, 하중 1 kg의 압력으로 긁힘 자국을 확인하였다. 확인한 결과, 수세미로 시험한 경우는 본 발명의 편광 필름이나, 니토 덴코사 편광 필름 모두 긁힌자국이 나타났으며, 연필경도 시험을 한 경우는 본 발명의 편광 필름은 3H, 니토 덴코사 편광 필름은 2H로 나타났다.

Claims

1,4-사이클로헥산디메탄을을 구성 단위체로서 포함하는 폴리에스테르 필름으로 구성된 편광막; 상기 편광막의 한 면에 형성된 자외선 코팅층; 상기 편광막의 상기 자외선 코팅층에 대항하는 다른 일면에 형성된 점착층; 상기 자외선 코팅층과 상기 점착층을 보호하기 위하여 형성된 폴리에틸렌 필름층; 을 포함하는 편광 필름.

제1항에 있어서, 상기 자외선 코팅층은 우레탄 아크릴레이트 올리고머 10∼40%, 폴리에스테르 아크릴레이트 올리고머 10∼30%, 비닐피롤리돈 15∼40%, 광개시제 1∼5%, 아민 2∼6%, 자외선 흡수제 0.8∼1.5%, 기능성 첨가제 0.1∼1.0%를 포함하는 자외선 코팅용 레진으로 형성된 편광 필름.

제1항에 있어서, 상기 폴리에스테르 필름층의 두께는 25∼80㎛, 상기 자외선 코팅층의 두께는 2∼5㎛, 상기 점착층의 두께는 25∼40㎛, 상기 폴리에틸렌 필름의 두께는 30∼50㎛인 편광 필름.

제1항에 있어서, 상기 폴리에틸렌 필름층위에 2∼4㎛ 두께의 실리콘 코팅층을 더 포함하는 편광 필름.

제1항에 있어서, 상기 점착층은 부틸아크릴레이트를 40% 이상 함유한 아크릴 점착제를 사용하여 형성하는 편광 필름.

1,4-사이클로헥산디메탄을을 포함하는 비결정의 폴리에스테르칩을 티-다이 압출기로 고투명의 미연신 폴리에스테르 필름을 제조하고, 이 폴리에스테르 필름을 요오드 및 염료 수용액에 침지한 후 상온에서 공냉하여 염색한 뒤, 상기 염색된 필름을 예열한 후, 3∼20 m/min의 속도로 연신하여 편광성을 부여한 폴리에스테르 필름을 제조하는 단계; 상기 폴리에스테르 필름의 한면에 자외선 코팅층을 형성하는 단계; 상기 폴리에스테르 필름의 상기 자외선 코팅층에 대항하는 다른 일면에 점착층을 형성하는 단계; 상기 자외선 코팅층과 상기 점착층을 보호하기 위한 폴리에틸렌 필름을 형성하는 단계를; 포함하는 편광 필름의 제조방법.

제6항에 있어서, 상기 폴리에스테르칩은 1,4-사이클로리산디메탄올을 2∼50 mol%의 양으로 포함하는 제조방법.

제6항에 있어서, 상기 염색하는 단계는 70∼100℃의 온도에서, 10^-3-5x10^-1M 범위의 요오드 및 염료 수용액에 10∼120분간 침지하는 것인 제조방법.

제6항에 있어서, 상기 예열 및 연신 은도는 80∼150℃이고, 상기 예열 시간은 10∼90초인 제조방법.

제6항에 있어서, 상기 염료로 C₃₄H₂₇N₅O₁₁S₃·3Na를 사용한 제조방법.

제6항에 있어서, 상기 연신하는 공정의 연신 배율은 4∼10배인 제조방법.

제6항에 있어서, 상기 자외선 코팅층은 우레탄 아크릴레이트 올리고머 10∼40%, 폴리에스테르 아크릴레이트 올리고머 10∼30%, 비닐피롤리돈 15∼40%, 광개시제 1∼5%, 아민 2∼6%, 자외선 흡수제 0.8∼1.5%, 기능성 첨가제 0.1-1.0%를 포함하는 자외선 코팅용 레진으로 형성된 제조방법.