KR100517815B1

KR100517815B1 - 편광 필름의 제조 방법

Info

Publication number: KR100517815B1
Application number: KR10-2003-0073288A
Authority: KR
Inventors: 이소자키다카노리; 하야시데쓰시; 니시우마하지메
Original assignee: 가부시키가이샤 구라레
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2003-10-21
Publication date: 2005-09-28
Also published as: DE60306069D1; US20040089960A1; CN1499224A; KR20040038669A; CN1238737C; EP1415787B1; TW200406444A; EP1415787A1; DE60306069T2; TWI247664B; US7632430B2

Abstract

본 발명은 폭이 2m 이상인 폴리비닐알코올 필름을 붕산 수용액 중에서 1축 연신을 행하는 공정을 포함하는 연속적인 편광 필름의 제조 방법으로서, 폴리비닐알코올 필름을 하기 식 (1) 및 (2)를 만족시키는 조건에서 1축 연신을 행하는 편광 필름의 제조 방법을 제공한다:

A≥5 (m) ···(1)

A/B≥0.5 (분) ···(2)

(상기 식에서, A는 연신간 거리(m)를 나타내고, B는 연신 후의 필름 속도(m/분)을 나타냄).

본 발명의 방법에 의하면, 폭이 넓고 편광 성능이 양호한 편광 필름을 제조할 수 있고, 이와 같은 편광 필름은 대형 액정 디스플레이의 부품으로서 이용되는 편광판의 재료로서 유용하다.

Description

편광 필름의 제조 방법{A PROCESS FOR PRODUCING POLARIZING FILM}

본 발명은 액정 디스플레이 장치에 이용되는 편광 필름의 제조 방법에 관한 것이다.

광의 투과 및 차폐 기능을 갖는 편광판은 광의 스위칭 기능을 갖는 액정과 함께 액정 디스플레이(LCD)의 기본적인 구성 요소를 이룬다. 이 LCD의 적용 분야도 개발 초기의 전자계산기 및 손목 시계 등의 소형 기기로부터 최근에는 노트북 컴퓨터, 액정 모니터, 액정 컬러 프로젝터, 액정 텔레비전, 차량 탑재용 네비게이션 시스템, 퍼스널 폰 및 옥내외에서 사용되는 계측 기기 등으로 폭 넓은 범위를 나타내고 있다. LCD의 적용 분야 중에서도 특히 액정 모니터, 액정 텔레비전 등은 고휘도의 백라이트를 사용하는 경우가 많기 때문에 편광판에도 종래 제품 이상으로 높은 편광 성능이 요구되기에 이르렀다.

편광판은 일반적으로 폴리비닐알코올계 필름(이하, 폴리비닐알코올을 "PVA", 폴리비닐알코올계 필름을 "PVA 필름"으로 줄여 적는 경우가 있음)을 세로 방향으로 1축 연신하고, 요오드나 2색성 염료를 이용하여 염색하거나, 또는 염색하여 가로 방향으로 1축 연신한 후, 붕소 화합물로 고정 처리함으로써(경우에 따라서는 염색과 고정 처리가 동시에 행해질 수 있음) 얻어지는 편광 필름에 트리아세트산 셀룰로스(TAC) 필름이나 아세트산ㆍ부티르산 셀룰로스(CAB) 필름 등의 보호막을 붙인 구성으로 되어 있다.

액정 모니터나 액정 텔레비전 등의 화면이 대형화함에 따라, 종래보다 폭이 넓은 편광 필름이 점차 요구되고 있다. 광폭의 편광 필름을 제조하기 위해서는 이것에 알맞은 광폭의 PVA 필름을 원료로 사용할 필요가 있지만, 이 경우에 제조 장치나 제조 조건은 종래와 동일하게 하고, PVA 필름의 폭을 넓게 하는 것만으로는 PVA 필름의 폭을 넓게 하지 않는 경우보다 오히려 얻어지는 편광 필름의 편광 성능이 저하되는 문제가 있었다.

한편, 액정 모니터 및 액정 텔레비전은 콘트라스트(contrast)가 더욱 향상된 것이 점차 요구되고 있으며, 그 요구에 대응하기 위해서는 종래보다 높은 편광 성능을 갖는 편광 필름이 점차 요구되고 있다. 그러나, 전술한 바와 같이, 액정 모니터 및 액정 텔레비전의 화면의 대형화에 대응하여 종래보다 광폭의 편광 필름을 제조하려고 하면 편광 필름의 편광 성능이 저하되므로, 액정 모니터 및 액정 텔레비전의 콘트라스트를 향상시킨다고 하는 요구에는 대응할 수 없게 된다.

편광 필름의 편광 성능을 향상시키고자 하는 시도로서, PVA 필름을 1축 연신할 때의 연신 조건을 제어하는 방법이 제안되어 있다. 그 방법으로서, 예를 들면, PVA, 2색성 물질 및 용매의 혼합물로부터 캐스트법 또는 압출법에 의해 막이 제조된 PVQ 필름을 미연신 필름의 폭(c_o)과 연신 갭(gap)(l)의 비(c_o/l)가 3 이하인 조건에서 건열법(乾熱法)에 의해 연신하는 방법(일본 특개 평6-51123호 공보 및 미국 특허 제5,326,507호 명세서), PVA 필름을 붕산 수용액 중에서 연신간 거리(a₁)와 필름 폭(c₁)의 비(a₁/c₁)가 3 이상인 조건에서 연신하는 방법(일본 특개 평6-337311호 공보), PVA 필름을 붕산 수용액 중에서 연신 후 필름 폭이 연신 전 필름 폭의 60% 이하가 되도록 하여 연신하는 방법(일본 특개 평8-327823호 공보) 등의 방법이 알려져 있다.

그러나, 이러한 방법에 의해서도 광폭의 PVA 필름을 사용한 것에서는 양호한 편광 성능을 갖는 편광 필름을 제조할 수 없고, 액정 디스플레이의 대형화에는 충분히 대응할 수 없는 것이 현재의 상황이다.

본 발명의 목적은 광폭의 폴리비닐알코올 필름을 사용한 경우에도 이것을 1축 연신함으로써 양호한 편광 성능을 갖는 편광 필름의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위해 예의 검토한 결과, 폭이 2m 이상인 폴리비닐알코올 필름을 1축 연신하여 연속적으로 편광 필름을 제조하는 데 있어서, 연신간 거리 및 연신간 거리와 필름의 연신 속도를 특정 범위로 제어하면서 폴리비닐알코올 필름을 1축 연신함으로써 종래보다 편광 성능이 높은 편광 필름이 얻어지는 것을 발견하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명은 폭이 2m 이상인 폴리비닐알코올 필름을 붕산 수용액 중에서 1축 연신을 행하는 공정을 포함하는 연속적인 편광 필름의 제조 방법으로서, 폴리비닐알코올 필름을 하기 식 (1) 및 (2)를 만족시키는 조건에서 1축 연신을 행하는 것을 특징으로 하는 편광 필름의 제조 방법을 제공한다:

A≥5 (m) ···(1)

A/B≥0.5 (분) ···(2)

(상기 식에서, A는 연신간 거리(m)를 나타내고, B는 연신 후의 필름 속도(m/분)를 나타냄).

또, 본 발명의 방법에 의한 편광 필름의 제조에서, 연신간 거리(A)와 연신 후의 필름 폭(C)의 비(A/C)를 5 이상으로 함으로써 얻어지는 편광 필름의 편광 성능이 더욱 향상된다.

[실시 형태의 상세한 설명]

본 발명의 방법에서, 편광 필름은 폭이 2m 이상인 PVA 필름을 원료로 이용하고, 이것을 특정 조건 하에서 1축 연신함으로써 제조된다. 폭이 2m 이상인 PVA 필름을 통상의 방법으로 1축 연신하였다고 해도, 이렇게 해서 얻어지는 광폭의 편광 필름은 그것보다 폭이 좁은 편광 필름보다 편광 성능이 낮은데, 이에 반해 본 발명의 방법에 의하면, 폭이 2m 이상인 PVA 필름을 이용한 경우에도 편광 성능이 현저히 항상된 편광 필름을 제조할 수 있다.

본 발명의 방법에서, 편광 필름은 연속적으로 제조된다. 여기서 편광 필름을 연속적으로 제조한다는 것은 원료 PVA 필름을 사용하여 염색, 1축 연신 등의 복수의 공정을 거쳐 연속적으로 편광 필름을 제조하는 것을 의미한다. 원료 PVA 필름은 롤형으로 감겨진 상태로 보관되는 것이 많고, 이와 동일하게 편광 필름도 TAC 등의 보호막을 붙인 후, 롤형으로 감긴 상태로 보관되는 것이 많다. 이러한 점에서 본 발명의 방법은 롤형으로 감긴 PVA 필름으로부터 연속적으로 편광 필름을 제조하고, 제조된 편광 필름을 롤형으로 감으면서 실시하는 것이 유리하다.

본 발명에 방법에 의한 편광 필름의 제조에서, PVA 필름의 1축 연신에는 저속으로 회전하는 구동 롤과 고속으로 회전하는 구동 롤을 이용할 수 있고, 이 경우 PVA 필름을 감아 들이는 속도는 닙 롤(nip roll)을 이용하거나 하여 조정된다. 닙 롤을 이용한 경우, 구동 롤의 속도와 PVA 필름의 이동 속도는 일치하기 때문에 PVA 필름의 1축 연신은 저속으로 회전하는 구동 롤과 고속으로 회전하는 구동 롤의 속도차를 이용하여 행해진다.

본 발명의 방법에서, PVA 필름을 1축 연신할 때의 연신간 거리(A)는 5m 이상인 것이 필요하고, 바람직하게는 8m 이상이며, 더욱 바람직하게는 10m 이상이고, 특히 바람직하게는 15m 이상이다. 연신간 거리가 커질수록 얻어지는 편광 필름의 편광 성능이 향상되기 때문에 바람직하다. 그러나 연신간 거리가 지나치게 커지면 필름이 컬(curl)을 일으키거나 하여 단부(端部)가 꺾여지는 경우가 있고, 필름의 폭 방향으로 균일한 장력을 부여하는 것이 곤란해지기 때문에 연신간 거리는 30m를 넘지 않는 것이 좋다. 여기서 연신간 거리란, PVA 필름의 연신에 이용되는 저속으로 회전하는 구동 롤로부터 이보다 2배 이상의 속도로 회전하는 구동 롤에 이르는 필름의 길이를 말한다.

본 발명에 방법에 의한 편광 필름의 제조에서, 연신간 거리(A)와 연신 후의 필름 속도(B)의 비(A/B)는 0.5분 이상인 것이 필요하고, 1.0분 이상이 바람직하고, 1.2분 이상이 더욱 바람직하다. A/B가 0.5분보다 작으면, 편광 필름의 편광 성능이 저하되어 실용상 바람직하지 않다. A/B가 클수록 편광 필름의 편광 성능이 향상되기 때문에 바람직하다. A/B의 상한은 1축 연신의 경우에 이용되는 붕산 수용액의 붕산 농도, 및 연신 온도 등 여러 가지 조건에 따라 변화되기 때문에 이것을 일률적으로 규정할 수는 없지만, A/B가 지나치게 커지면 편광 필름의 편광 성능이 저하되는 경향이 있으므로 3분을 넘지 않는 것이 좋다.

또한, 본 발명에서 연신 후의 필름 속도(B)는 PVA 필름의 연신에 이용되는 고속 회전하는 구동 롤을 필름이 통과할 때의 속도(m/분)이다.

본 발명에 방법에 의한 편광 필름의 제조에서, 연신간 거리(A)와 연신 후의 필름 폭(C)의 비(A/C)는 5 이상인 것이 바람직하고, 7 이상인 것이 더욱 바람직하다. A/C가 클수록 편광 필름의 편광 성능이 향상되지만, 이 값이 지나치게 크면 연신 후의 필름 단부의 두께가 너무 커서 편광 필름의 수율이 저하되기 때문에 A/C의 상한은 대략 20이다.

또한, 본 발명에서 연신 후의 필름 폭(C)이란 PVA 필름의 연신에 이용되는 고속으로 회전하는 구동 롤을 필름이 통과할 때의 폭(m)을 말한다.

본 발명에서 사용되는 PVA는 예를 들면 비닐에스테르를 중합하여 얻어진 폴리비닐에스테르를 비누화(saponification)함으로써 제조된다. 또 PVA의 주쇄에 불포화 카르복시산 또는 그의 유도체, 불포화 카르복시산 또는 그의 유도체, 탄소수 2∼30의 α-올레핀 등을 5 몰% 미만의 비율로 그라프트 공중합시킨 변성 PVA, 비닐에스테르와 불포화 카르복시산 또는 그의 유도체, 불포화 설폰산 또는 그의 유도체, 탄소수 2∼30의 α-올레핀 등을 15 몰% 미만의 비율로 공중합 변성 폴리비닐에스테르를 비누화함으로써 제조되는 변성 PVA, 미변성 또는 변성 PVA의 수산기의 일부를 포르말린, 부틸알데히드, 벤즈알데히드 등의 알데히드류로 가교한 이른바 폴리비닐아세탈 수지 등을 들 수 있다.

상기 비닐에스테르로서는 아세트산비닐, 포름산비닐, 프로피온산비닐, 부티르산비닐, 피발산비닐, 바사트산비닐, 라우르산비닐, 스테아르산비닐, 벤조산비닐 등을 들 수 있다.

변성 PVA의 제조에 사용되는 코모노머는 주로 PVA의 변성을 목적으로 공중합되는 것으로, 본 발명의 요지를 해치지 않는 범위에서 사용된다. 이러한 코모노머로서, 예를 들면, 에틸렌, 프로필렌, 1-부텐, 이소부텐 등의 올레핀류; 아크릴산 및 그의 염; 아크릴산메틸, 아크릴산에틸, 아크릴산 n-프로필, 아크릴산 i-프로필, 아크릴산 n-부틸, 아크릴산 i-부틸, 아크릴산 t-부틸, 아크릴산 2-에틸헥실, 아크릴산도데실, 아크릴산옥타데실 등의 아크릴산에스테르류; 메타크릴산 및 그의 염; 메타크릴산메틸, 메타크릴산에틸, 메타크릴산 n-프로필, 메타크릴산 i-프로필, 메타크릴산 n-부틸, 메타크릴산 i-부틸, 메타크릴산 t-부틸, 메타크릴산 2-에틸헥실, 메타크릴산도데실, 메타크릴산옥타데실 등의 메타크릴산에스테르류; 아크릴아미드, N-메틸아크릴아미드, N-에틸아크릴아미드, N,N-디메틸아크릴아미드, 디아세톤아크릴아미드, 아크릴아미도프로판설폰산 및 그의 염, 아크릴아미도프로필디메틸아민 및 그의 염, N-메틸올아크릴아미드 및 그의 유도체 등의 아크릴아미드 유도체; 메타크릴아미드, N-메틸메타크릴아미도프로필메틸아민 및 그의 염, N-메틸올메타크릴아미드 및 그의 유도체 등의 메타크릴아미드 유도체; N-비닐포름아미드, N-비닐아세트아미드, N-비닐피롤리돈 등의 N-비닐아미드류; 메틸비닐에테르, 에틸비닐에테르, n-프로필비닐에테르, i-프로필비닐에테르, n-부틸비닐에테르, i-부틸비닐에테르, t-부틸비닐에테르, 도데실비닐에테르, 스테아릴비닐에테르 등의 비닐에테르류; 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴 등의 니트릴류; 염화비닐, 염화비닐리덴, 플루오르화비닐, 플루오르화비닐리덴 등의 할로겐화비닐류; 아세트산알릴, 염화알릴 등의 알릴 화합물; 말레산 및 그의 염 또는 그의 에스테르; 이타콘산 및 그의 염 또는 그의 에스테르; 비닐트리메톡시실란 등의 비닐실릴 화합물; 아세트산이소프로페닐 등을 들 수 있다. 이것들 중에서도 α-올레핀이 바람직하고, 특히 에틸렌이 바람직하다. 변성 PVA의 변성량은 15 몰% 미만인 것이 바람직하다.

PVA의 비누화도는 편광 필름 및 그 편광 필름으로 제조되는 편광판의 편광 성능 및 내구성의 관점에서 95 몰% 이상이 바람직하고, 98 몰% 이상이 더욱 바람직하고, 99 몰% 이상이 더욱 더 바람직하고, 99.5 몰%가 가장 바람직하다.

PVA의 비누화도란, 비누화에 의해 비닐알코올 단위로 변환될 수 있는 단위 중에서, 실제로 비닐알코올 단위로 비누화되어 있는 단위의 비율을 나타낸 것이다. 또한, PVA의 비누화도는 JIS에 기재된 방법에 따라 측정할 수 있다.

PVA의 중합도는 편광 필름 및 편광판의 편광 성능과 내구성의 관점에서, 1000 이상이 바람직하고, 1500 이상이 더욱 바람직하고, 2000 이상이 특히 바람직하다. PVA의 중합도의 상한으로는 8000이 바람직하고, 6000이 더욱 바람직하다.

PVA의 중합도는 JIS K 6726에 의거하여 측정할 수 있다. 즉, PVA를 재(再)비누화하고, 정제한 후 30℃의 물 속에서 측정한 극한 점도로부터 구할 수 있다.

이상 설명한 PVA를 사용하여 PVA 필름을 제조하는 방법으로서는, 함수 PVA를 용융압출법에 의해 제막하는 방법 이외에, 예를 들면 PVA를 용제에 용해한 PVA 용액을 사용하여, 유연제막법(流延製膜法), 습식제막법(빈용매 중에 토출하는 방법), 겔 제막법(PVA 수용액을 일단 냉각 겔화시킨 후 용매를 추출 제거하여 PVA 필름을 얻는 방법), 및 이들의 조합에 의한 방법 등을 채용할 수 있다. 이들 중에서도 유연제막법 및 용융압출 제막법이 양호한 편광 필름을 얻는 관점에서 바람직하다.

PVA 필름을 제조할 때 사용되는 PVA를 용해하는 용제로서는, 예를 들면, 디메틸설폭사이드, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, N-메틸피롤리돈, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 테트라에틸렌글리콜, 트리메틸올프로판, 에틸렌디아민, 디에틸렌트리아민, 글리세린, 물 등을 들 수 있고, 이것들 중 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다. 이것들 중에서도 디메틸설폭사이드, 물, 또는 글리세린과 물의 혼합 용매가 바람직하게 사용된다.

PVA 필름을 제조할 때 사용되는 PVA 용액 또는 함수 PVA에서의 PVA의 농도는 PVA의 중합도에 따라서도 변화되지만, 20∼70 중량%가 바람직하고, 25∼60 중량%가 더욱 바람직하고, 30∼55 중량%가 더욱 더 바람직하고, 35∼50 중량%가 가장 바람직하다. PVA의 농도가 70 중량%보다 높으면 PVA 용액 또는 함수 PVA의 점도가 너무 높아져서 필름의 원액을 조제할 때 여과나 탈포(脫泡)가 곤란해지고, 이물이나 결점이 없는 필름을 얻는 것이 곤란해지는 경향이 있다. 또, PVA의 농도가 20 중량%보다 낮으면 PVA 용액 또는 함수 PVA의 점도가 너무 낮아져서 목적으로 하는 두께를 갖는 PVA 필름을 제조하는 것이 곤란해지는 경향이 있다. 또, 이 PVA 용액 또는 함수 PVA에는 필요에 따라, 가소제, 계면활성제, 2색성 염료 등이 함유되어 있을 수도 있다.

PVA 필름을 제조할 때, 가소제로서 다가 알코올을 첨가하는 것이 바람직하다. 다가 알코올로서는, 예를 들면, 에틸렌글리콜, 글리세린, 프로필렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 디글리세린, 트리에틸렌글리콜, 테트라에틸렌글리콜, 트리메틸올프로판 등을 들 수 있고, 이것들 중 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다. 이것들 중에서도 연신성 향상 효과의 관점에서, 디글리세린, 에틸렌글리콜 또는 글리세린이 바람직하게 사용된다.

다가 알코올의 첨가량으로는 PVA 100 중량부에 대해 1∼30 중량부가 바람직하고, 3∼25 중량부가 더욱 바람직하고, 5∼20 중량부가 가장 바람직하다. 다가 알코올의 첨가량이 1 중량부보다 적으면, PVA 필름의 염색성이나 연신성이 저하되는 경우가 있고, 30 중량부보다 많으면, PVA 필름이 지나치게 유연해져서 취급성이 저하되는 경우가 있다.

PVA 필름을 제조할 때에는, 계면활성제를 첨가하는 것이 바람직하다. 계면활성제의 종류로는 특별히 한정되지 않지만, 음이온성 또는 비이온성 계면활성제가 바람직하다. 음이온성 계면활성제로서는, 예를 들면, 라우르산칼륨 등의 카르복시산형, 옥틸설페이트 등의 황산에스테르형, 도데실벤젠설포네이트 등의 설폰산형 음이온성 계면활성제가 바람직하다. 비이온성 계면활성제로서는, 예를 들면, 폴리옥시에틸렌올레일에테르 등의 알킬에테르형, 폴리옥시에틸렌옥틸페닐에테르 등의 알킬페닐에테르형, 폴리옥시에틸렌라우레이트 등의 알킬에스테르형, 폴리옥시에틸렌라우릴아미노에테르 등의 알킬아민형, 폴리옥시에틸렌라우르산아미드 등의 알킬아미드형, 폴리옥시에틸렌폴리옥시프로필렌에테르 등의 폴리프로필렌글리콜에테르형, 올레산디에탄올아미드 등의 알칸올아미드형, 폴리옥시알킬렌알릴페닐에테르 등의 알릴페닐에테르형 등의 비이온성 계면활성제가 바람직하다. 이들 계면활성제는 1종 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.

계면활성제의 첨가량은 PVA 100 중량부에 대해 0.01∼1 중량부가 바람직하고, 0.02∼0.5 중량부가 더욱 바람직하고, 0.05∼0.3 중량부가 가장 바람직하다. 계면활성제의 첨가량이 0.01 중량부보다 적으면 계면활성제를 첨가함에 따른 제막성 및 박리성의 향상 효과가 나타나기 어렵고, 1 중량부보다 많으면 계면활성제가 PVA 필름의 표면에 용출되어 블록킹의 원인이 되어 취급성이 저하되는 경우가 있다.

본 발명에 따른 편광 필름의 제조에서, 폭이 2m 이상인 PVA 필름을 사용하는 것이 중요하고, 2.3m 이상이 바람직하고, 2.6m 이상이 더욱 바람직하고, 3m 이상이 더욱 더 바람직하다. PVA 필름의 폭이 2m보다 작은 경우에는, PVA 필름을 1축 연신할 때 네크인(neck-in)의 영향을 필름의 중앙부 부근까지 받기 쉬워져서 광학 성능이 균일한 광폭의 편광 필름을 얻을 수 없게 된다. 또, PVA 필름의 폭이 6m를 넘으면 PVA 필름을 균일하게 1축 연신하는 것이 어려워지는 경우가 있기 때문에 필름의 폭은 6m 이하가 바람직하고, 5m 이하가 더욱 바람직하다.

PVA 필름의 두께는 10∼100㎛가 바람직하고, 20∼80㎛가 더욱 바람직하다. PVA 필름의 두께가 10㎛보다 얇으면 필름의 강도가 너무 낮아서 균일한 연신을 실행하기 어렵고, 편광 필름에 색반(色斑)이 발생하기 쉽다. PVA 필름의 두께가 100㎛를 넘으면 PVA 필름을 1축 연신했을 때 단부의 네크인에 의해 필름의 두께에 변동이 생기기 쉬어져서 편광 필름의 색반이 강조되기 쉬워지므로 바람직하지 않다.

본 발명의 방법은 예를 들면 PVA 필름에 팽윤, 염색, 붕산 수용액 중에서의 1축 연신, 붕산 또는 요오드화칼륨 수용액 중에서의 고정 처리, 건조 처리 등의 조작을 실시하고, 추가로 필요에 따라 열처리를 행하는 등의 방법으로 실시할 수 있다. 본 발명의 방법에서, PVA 필름의 1축 연신은 1단계로 행할 수도 있고, 다단계로 나누어 행할 수도 있다. PVA 필름의 1축 연신을 다단계로 나누어 실시하는 경우, 그 중의 적어도 하나의 단계에서 실시되는 1축 연신은 상기 식 (1) 및 (2)를 만족시킬 필요가 있다.

PVA 필름의 염색은 1축 연신 전, 1축 연신 시, 1축 연신 후 중의 어느 한 조작 단계에서도 실시할 수 있지만, 편광 필름의 편광 성능의 관점에서, 1축 연신 전에 행하는 것이 바람직하다. 염색에 사용되는 염료로서는, 요오드-요오드화칼륨; 다이렉트블랙 17, 19, 154; 다이렉트브라운 44, 106, 195, 210, 223; 다이렉트레드 2, 23, 28, 31, 37, 39, 79, 81, 240, 242, 247; 다이렉트블루 1, 15, 22, 78, 90, 98, 151, 168, 202, 236, 249, 270; 다이렉트바이올렛 9, 12, 51, 98; 다이렉트그린 1, 85; 다이렉트옐로우 8, 12, 44, 86, 87; 다이렉트오렌지 26, 39, 106, 107 등의 2색성 염료 등을 들 수 있고, 이것들은 1종 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. PVA 필름의 염색은 통상 PVA 필름을 상기 염료를 함유하는 용액 중에 침지시킴으로써 행해지지만, PVA 필름의 제조에 사용되는 제막 원액에 염료를 혼합하는 등의 방법에 따를 수도 있다.

본 발명의 방법에 따른 PVA 필름의 1축 연신은 붕산을 함유하는 수용액 등의 온수 중(상기 염료를 함유하는 용액 또는 후술하는 고정 처리욕(處理浴) 중일 수도 있음)에서 행하는 것이 필요하다. 연신 온도에 관해서는 특별히 제한은 없고, 30∼90℃가 바람직하다. 또, 1축 연신의 연신 배율(1축 연신을 다단계로 나누어 행할 경우에는 합계 연신 배율)은 편광 필름의 편광 성능 및 그 편광 필름으로부터 제조되는 편광판의 편광 성능의 관점에서 4배 이상이 바람직하고, 5배 이상이 특히 바람직하다. 연신 배율에 관해서 엄밀한 의미에서의 상한은 없지만, 8배 이하이면 균일한 연신을 얻기 쉬우므로 바람직하다. 연신 후 필름의 두께는 3∼75㎛가 바람직하고, 5∼50㎛가 더욱 바람직하다.

PVA 필름에 대한 상기 염료의 흡착을 강조하는 것을 목적으로, PVA 필름에 대해 고정 처리를 행하는 경우가 많다. 고정 처리에 사용되는 처리욕에는 통상 붕산 및/또는 붕소 화합물이 첨가된다. 또, 고정 처리욕에는 필요에 따라 요오드 화합물이 첨가될 수도 있다.

고정 처리된 편광 필름은 건조 처리에 넘겨진다. 건조 처리는 30∼150℃에서 행해지는 것이 바람직하고, 50∼150℃에서 행해지는 것이 더욱 바람직하다.

이상과 같이 하여 얻어진 편광 필름은 통상 그 양면 또는 한쪽 면에 광학적으로 투명하면서 기계적 강도를 가진 보호막을 붙여 편광판으로 만들어져서 사용된다. 보호막으로서는 트리아세트산 셀룰로스(TAC) 필름, 아세트산ㆍ부티르산 셀룰로스(CAB) 필름, 아크릴계 필름, 폴리에스테르계 필름 등이 사용된다. 또, 편광 필름과 보호 필름을 붙이기 위한 접착제로서는 폴리비닐알코올계 접착제나 우레탄계 접착제 등을 들 수 있지만, 이 중에서도 폴리비닐알코올계 접착제가 바람직하다.

이상과 같이 하여 얻어진 편광판은 아크릴계 등의 점착제를 피복시킨 후 유리 기판에 붙여 액정 디스플레이 장치의 부품으로서 사용된다. 편광판을 유리 기판에 붙일 때, 위상차 필름, 시야각 향상 필름, 휘도 향상 필름 등을 동시에 붙일 수도 있다.

[실시예]

이하, 실시예를 제시하여 본 발명을 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

또한, 이하의 실시예 및 비교예에서, 편광 필름의 광학 성능은 이하의 방법에 따라 측정하였다.

편광 필름의 광학 성능:

약 4cm×4cm의 편광 필름의 샘플을 시마즈세이사쿠쇼(島津製作所)제 광학분광계 UV-2200(적분구 부속)을 이용하고 JIS Z 8701에 의거하여 C 광원, 2도 시야의 가시광 영역의 시감도(視感度) 보정한 Y값을 측정하고, 편광 필름의 연신축 방향에 대해 45도 및 -45도 방향의 평균치로부터 투과율(T)을 구했다. 이와 동일한 방법으로 평행 니콜(parallel nicol)과 직교 니콜(cross nicol)의 Y값을 측정하여 편광도(V)를 구했다. 또한, 하기 식에 따라 2색성 비(Rd)를 구했다.

Rd = log(T-T×V)/log(T+T×V)

실시예 1

비누화도 99.95 몰%, 중합도 2400의 폴리비닐알코올로부터 만들어지는 롤형으로 감긴 폴리비닐알코올 필름(글리세린 함유량 12%, 두께 75㎛, 폭 3.5m, 전장 2500m)을 예비 팽윤, 염색, 1축 연신, 고정 처리, 건조 및 열 처리의 순서로 연속적으로 처리하여 편광 필름을 제조했다. 또한, 편광 필름의 제조는 롤형으로 감으면서 연속적으로 행했다. 즉, 상기 폴리비닐알코올 필름을 30℃의 수용액 중에 30초간 담그어 예비 팽윤시키고, 요오드/요오드화칼륨의 농도비가 1/100인 35℃의 수용액 중에 3분간 담그었다. 계속해서, 폴리비닐알코올 필름을 붕산 농도 4%의 50℃ 수용액 중에서 연신간 거리(A)를 15m로 하여 세로 방향으로 6배로 1축 연신하였다. 1축 연신 후의 필름 속도(B)는 10m/분, 연신 후 필름 폭(C)은 1.5m, 폭 방향의 중앙부에서의 두께는 29㎛였다. 이 필름을 요오드화칼륨 농도 70g/리터, 붕산 농도 40g/리터, 염화아연 농도 10g/리터의 30℃ 수용액 중에 5분간 침지하여 고정 처리를 행했다. 그 후, PVA 필름을 꺼내어 40℃의 온풍으로 건조하고, 다시 100℃로 열 처리를 행했다. 연신간 거리(A)/연신 후 필름 속도(B)는 1.5분이며 연신간 거리(A)/연신 후 필름 폭(C)은 10이었다.

얻어진 편광 필름은 투과율이 43.5%이고, 편광도가 99.99%이며, 2색성 비가 72로서, 편광 성능은 매우 양호하였다.

실시예 2

비누화도 99.95 몰%, 중합도 2400의 폴리비닐알코올로부터 만들어지는 롤형으로 감긴 폴리비닐알코올 필름(글리세린 함유량 12%, 두께 75㎛, 폭 3m, 전장 2500m)을 예비 팽윤, 염색, 1축 연신, 고정 처리, 건조 및 열 처리의 순서로 연속적으로 처리하여 편광 필름을 제조했다. 또한, 편광 필름의 제조는 롤형으로 감으면서 연속적으로 행했다. 즉, 상기 폴리비닐알코올 필름을 30℃의 수용액 중에 30초간 담그어 예비 팽윤시키고, 요오드/요오드화칼륨의 농도비가 1/100인 35℃의 수용액 중에 3분간 담그었다. 계속해서, 폴리비닐알코올 필름을 붕산 농도 4%의 50℃ 수용액 중에서 연신간 거리(A)를 10m로 하여 세로 방향으로 5.5배로 1축 연신하였다. 1축 연신 후의 필름 속도(B)는 8.3m/분, 연신 후 필름 폭(C)은 1.5m, 폭 방향의 중앙부에서의 두께는 27㎛였다. 이 필름을 요오드화칼륨 농도 60g/리터, 붕산 농도 40g/리터, 염화아연 농도 10g/리터의 30℃ 수용액 중에 5분간 침지하여 고정 처리를 행했다. 그 후, PVA 필름을 꺼내어 40℃의 온풍으로 건조하고, 다시 100℃로 열 처리를 행했다. 연신간 거리(A)/연신 후 필름 속도(B)는 1.2분이며 연신간 거리(A)/연신 후 필름 폭(C)은 6.7이었다.

얻어진 편광 필름은 투과율이 43.5%이고, 편광도가 99.98%이며, 2색성 비가 67로서, 편광 성능은 양호하였다.

실시예 3

비누화도 99.95 몰%, 중합도 2400의 폴리비닐알코올로부터 만들어지는 롤형으로 감긴 폴리비닐알코올 필름(글리세린 함유량 12%, 두께 75㎛, 폭 3m, 전장 2500m)을 예비 팽윤, 염색, 1축 연신, 고정 처리, 건조 및 열 처리의 순서로 연속적으로 처리하여 편광 필름을 제조했다. 또한, 편광 필름의 제조는 롤형으로 감으면서 연속적으로 행했다. 즉, 상기 폴리비닐알코올 필름을 30℃의 수용액 중에 30초간 담그어 예비 팽윤시키고, 요오드/요오드화칼륨의 농도비가 1/100인 35℃의 수용액 중에 3분간 담그었다. 계속해서, 폴리비닐알코올 필름을 붕산 농도 4%의 50℃ 수용액 중에서 연신간 거리(A)를 8m로 하여 세로 방향으로 5.5배로 1축 연신하였다. 1축 연신 후의 필름 속도(B)는 8m/분, 연신 후 필름 폭(C)은 1.5m, 폭 방향의 중앙부에서의 두께는 27㎛였다. 이 필름을 요오드화칼륨 농도 50g/리터, 붕산 농도 40g/리터, 염화아연 농도 10g/리터의 30℃ 수용액 중에 5분간 침지하여 고정 처리를 행했다. 그 후, PVA 필름을 꺼내어 40℃의 온풍으로 건조하고, 다시 100℃로 열 처리를 행했다. 연신간 거리(A)/연신 후 필름 속도(B)는 1.0분이며 연신간 거리(A)/연신 후 필름 폭(C)은 5.3이었다.

얻어진 편광 필름은 투과율이 43.5%이고, 편광도가 99.97%이며, 2색성 비가 64로서, 편광 성능은 양호하였다.

실시예 4

비누화도 99.95 몰%, 중합도 2400의 폴리비닐알코올로부터 만들어지는 롤형으로 감긴 폴리비닐알코올 필름(글리세린 함유량 12%, 두께 75㎛, 폭 3m, 전장 2500m)을 예비 팽윤, 염색, 1축 연신, 고정 처리, 건조 및 열 처리의 순서로 연속적으로 처리하여 편광 필름을 제조했다. 또한, 편광 필름의 제조는 롤형으로 감으면서 연속적으로 행했다. 즉, 상기 폴리비닐알코올 필름을 30℃의 수용액 중에 30초간 담그어 예비 팽윤시키고, 요오드/요오드화칼륨의 농도비가 1/100인 35℃의 수용액 중에 3분간 담그었다. 계속해서, 폴리비닐알코올 필름을 붕산 농도 2%의 55℃ 수용액 중에서 연신간 거리(A)를 8m로 하여 세로 방향으로 5.5배로 1축 연신하였다. 1축 연신 후의 필름 속도(B)는 8m/분, 연신 후 필름 폭(C)은 2m, 폭 방향의 중앙부에서의 두께는 20㎛였다. 이 필름을 요오드화칼륨 농도 50g/리터, 붕산 농도 40g/리터, 염화아연 농도 10g/리터의 30℃ 수용액 중에 5분간 침지하여 고정 처리를 행했다. 그 후, PVA 필름을 꺼내어 40℃의 온풍으로 건조하고, 다시 100℃로 열 처리를 행했다. 연신간 거리(A)/연신 후 필름 속도(B)는 1.0분이며 연신간 거리(A)/연신 후 필름 폭(C)은 4이었다.

얻어진 편광 필름은 투과율이 43.5%이고, 편광도가 99.9%이며, 2색성 비가 55로서, 편광 성능은 양호하였다.

비교예 1

비누화도 99.95 몰%, 중합도 2400의 폴리비닐알코올로부터 만들어지는 롤형으로 감긴 폴리비닐알코올 필름(글리세린 함유량 12%, 두께 75㎛, 폭 3m, 전장 2500m)을 예비 팽윤, 염색, 1축 연신, 고정 처리, 건조 및 열 처리의 순서로 연속적으로 처리하여 편광 필름을 제조했다. 또한, 편광 필름의 제조는 롤형으로 감으면서 연속적으로 행했다. 즉, 상기 폴리비닐알코올 필름을 30℃의 수용액 중에 30초간 담그어 예비 팽윤시키고, 요오드/요오드화칼륨의 농도비가 1/100인 35℃의 수용액 중에 3분간 담그었다. 계속해서, 폴리비닐알코올 필름을 붕산 농도 4%의 50℃ 수용액 중에서 연신간 거리(A)를 15m로 하여 세로 방향으로 6배로 1축 연신하였다. 1축 연신 후의 필름 속도(B)는 38m/분, 연신 후 필름 폭(C)은 1.2m, 폭 방향의 중앙부에서의 두께는 31㎛였다. 이 필름을 요오드화칼륨 농도 40g/리터, 붕산 농도 40g/리터, 염화아연 농도 10g/리터의 30℃ 수용액 중에 5분간 침지하여 고정 처리를 행했다. 그 후, PVA 필름을 꺼내어 40℃의 온풍으로 건조하고, 다시 100℃로 열 처리를 행했다. 연신간 거리(A)/연신 후 필름 속도(B)는 0.4분이며 연신간 거리(A)/연신 후 필름 폭(C)은 12.5였다.

얻어진 편광 필름은 투과율이 43.5%이고, 편광도가 99.8%이며, 2색성 비가 50으로서, 편광 성능은 텔레비전 용도 등의 액정 디스플레이용으로는 불충분한 수준이었다.

비교예 2

비누화도 99.95 몰%, 중합도 2400의 폴리비닐알코올로부터 만들어지는 롤형으로 감긴 폴리비닐알코올 필름(글리세린 함유량 12%, 두께 75㎛, 폭 3m, 전장 2500m)을 예비 팽윤, 염색, 1축 연신, 고정 처리, 건조 및 열 처리의 순서로 연속적으로 처리하여 편광 필름을 제조했다. 또한, 편광 필름의 제조는 롤형으로 감으면서 연속적으로 행했다. 즉, 상기 폴리비닐알코올 필름을 30℃의 수용액 중에 30초간 담그어 예비 팽윤시키고, 요오드/요오드화칼륨의 농도비가 1/100인 35℃의 수용액 중에 3분간 담그었다. 계속해서, 폴리비닐알코올 필름을 붕산 농도 4%의 50℃ 수용액 중에서 연신간 거리(A)를 4m로 하여 세로 방향으로 5.5배로 1축 연신하였다. 1축 연신 후의 필름 속도(B)는 2.7m/분, 연신 후 필름 폭(C)은 1.5m, 폭 방향의 중앙부에서의 두께는 27㎛였다. 이 필름을 요오드화칼륨 농도 40g/리터, 붕산 농도 40g/리터, 염화아연 농도 10g/리터의 30℃ 수용액 중에 5분간 침지하여 고정 처리를 행했다. 그 후, PVA 필름을 꺼내어 40℃의 온풍으로 건조하고, 다시 100℃로 열 처리를 행했다. 연신간 거리(A)/연신 후 필름 속도(B)는 1.5분이며 연신간 거리(A)/연신 후 필름 폭(C)은 2.7이었다.

얻어진 편광 필름은 투과율이 43.5%이고, 편광도가 99.7%이며, 2색성 비가 47.2로서, 편광 성능은 텔레비전 용도 등의 액정 디스플레이용으로는 불충분한 수준이었다.

본 발명의 방법에 의하면, 폭이 넓은 폴리비닐알코올 필름을 사용한 경우에도 편광 성능이 양호한 편광 필름을 제조할 수 있고, 이와 같이 하여 얻어진 편광 필름은 대형 액정 디스플레이의 부품으로서 이용되는 편광판의 재료로서 유용하다.

이상과 같이 바람직한 실시 형태를 설명하였으나, 당업자라면 본 명세서를 보고 자명한 범위 내에서 여러 가지 변경 및 수정을 용이하게 상정할 수 있을 것이다. 따라서 이러한 변경 및 수정은 첨부하는 청구의 범위로부터 정의되는 본 발명의 범위 내인 것으로 해석된다.

Claims

폭이 2m 이상인 폴리비닐알코올 필름을 붕산 수용액 중에서 1축 연신을 행하는 공정을 포함하는 연속적인 편광 필름의 제조 방법으로서,

폴리비닐알코올 필름을 하기 식 (1) 및 (2)를 만족시키는 조건에서 1축 연신을 행하는 편광 필름의 제조 방법:

A≥5 (m) ···(1)

A/B≥0.5 (분) ···(2)

(상기 식에서, A는 연신간 거리(m)를 나타내고, B는 연신 후의 필름 속도(m/분)을 나타냄).
제1항에 있어서,

연신간 거리(A)와 연신 후의 필름 폭(C)의 비(A/C)가 5 이상인 편광 필름의 제조 방법.
제1항에 있어서,

연신간 거리(A)와 연신 후의 필름 속도(B)의 비(A/B)가 1.0(분) 이상인 편광 필름의 제조 방법.
제1항에 있어서,

붕산 수용액의 온도가 30∼90℃인 편광 필름의 제조 방법.
제1항에 있어서,

폴리비닐알코올 필름의 연신 배율이 4배 이상인 편광 필름의 제조 방법.
제5항에 있어서,

폴리비닐알코올 필름의 연신 배율이 5배 이상인 편광 필름의 제조 방법.
제1항에 있어서,

폴리비닐알코올 필름을 팽윤시키는 공정, 염색하는 공정, 붕산 수용액 중에서 1축 연신을 행하는 공정, 고정 처리하는 공정, 및 건조 처리하는 공정을 거쳐 편광 필름을 제조하는 편광 필름의 제조 방법.
제1항에 있어서,

폴리비닐알코올의 비누화도가 95 몰% 이상인 편광 필름의 제조 방법.
제8항에 있어서,

폴리비닐알코올의 비누화도가 98 몰% 이상인 편광 필름의 제조 방법.
제9항에 있어서,

폴리비닐알코올의 비누화도가 99 몰% 이상인 편광 필름의 제조 방법.
제10항에 있어서,

폴리비닐알코올의 비누화도가 99.5 몰% 이상인 편광 필름의 제조 방법.
제1항에 있어서,

폴리비닐알코올의 중합도가 1000 이상인 편광 필름의 제조 방법.
제12항에 있어서,

폴리비닐알코올의 중합도가 1500 이상인 편광 필름의 제조 방법.
제13항에 있어서,

폴리비닐알코올의 중합도가 2000 이상인 편광 필름의 제조 방법.
제1항에 있어서,

폴리비닐알코올의 두께가 10∼100㎛인 편광 필름의 제조 방법.
제1항에 있어서,

폴리비닐알코올 필름이 가소제로서 다가(多價) 알코올을 함유하는 편광 필름의 제조 방법.
제1항에 있어서,

폴리비닐알코올 필름이 음이온성 또는 비이온성 계면활성제를 함유하는 편광 필름의 제조 방법.