KR100604735B1 - 편광성이 우수한 폴리에스테르계 광학 필름 - Google Patents

편광성이 우수한 폴리에스테르계 광학 필름 Download PDF

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Abstract

본 발명은 편광성이 우수한 폴리에스테르계 광학 필름에 관한 것으로, 폴리에스테르계 매트릭스 수지에, 코어-쉘 구조를 갖는 분산상 수지가 분산되어 있으며, 80 ％ 이하의 헤이즈 (haze), 30 ％ 이상의 빛투과율 및 10 ％ 이상의 편광성을 갖는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 광학 필름에 관한 것이다. 이러한 본 발명의 폴리에스테르 필름은 빛투과율, 헤이즈 등 광학적 특성이 우수하고 뛰어난 편광성을 가져 디스플레이 기기의 광학 필름으로 사용될 수 있다.

Description

편광성이 우수한 폴리에스테르계 광학 필름 {POLYESTER-BASED OPTICAL FILM HAVING IMPROVED POLARIZATION}
본 발명은 편광성이 우수한 폴리에스테르계 광학 필름에 관한 것으로, 보다 상세하게는 편광성 및 투명성이 모두 우수한 폴리에스테르계 광학 필름에 관한 것이다.
편광성을 가지는 광학 필름은 액정 디스플레이 분야에서 필수적으로 사용되고 있으며, 휘도 향상에도 큰 역할을 하고 있다. 따라서, 우수한 광학성 필름을 제조하는 방법들이 많이 연구되어 왔으며, 특히 연속상의 중합체에 분산상을 분산시켜 중합체의 물성을 개질시키려는 연구들이 많이 진행되었다.
예를 들어, 중합체 매트릭스에 네마틱 (nematic), 콜레스테릭 (cholesteric) 또는 smetic (smetic) 액정을 분산시키고 한 방향으로 액정을 배향시켜 편광확산기로 이용하여는 기술들이 개발되어 왔으며 [미국특허 제 4,688,900 및 5,301,046], 스티렌 고무상 공중합체가 연속상 중에 분산되어 있는 광학필름도 보고되어 있다 [대한민국 특허 공개 제 2003-0072602호].
그러나, 종래에 알려진 이러한 필름들은 스티렌 고무상 공중합체가 연속상 중에 분산되어 있기 때문에 투명성이나 편광성이 부족하거나 열에 민감하게 작용하는 등 각기 단점들을 가지고 있으며, 투명도가 높으면서 광학필름으로 사용할 정도의 편광성 및 선택적 투과, 반사 성능을 나타내지 못했다.
따라서, 투명성의 향상과 온도에 크게 민감하지 않은 필름을 제공하기 위해서는 새로운 분산상 수지의 개발이 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 편광성과 투명성이 모두 우수하여 광학용 기재로 사용할 수 있는 폴리에스테르 필름을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 폴리에스테르계 매트릭스 수지에 코어-쉘 구조를 갖는 분산상 수지가 분산되어 있으며, 80 ％ 이하의 헤이즈 (haze), 30 ％ 이상의 빛투과율 및 10 ％ 이상의 편광성을 갖는 것을 특징으로 하는, 폴리에스테르계 광학 필름을 제공한다.
이하에서 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명에 사용되는 분산상 수지는 복굴절성이 적은 분산제로서 편광성 성능 향상에 도움을 주는 코어-쉘 구조의 분산상 수지가 바람직하며, 예를 들면 폴리메틸메타크릴레이트 (PMMA) 쉘 성분이 폴리 (부타디엔/스티렌) 코어 성분에 그래프트 가교 결합되어 있는 코어-쉘 구조의 메타크릴레이트-부타디엔-스티렌 (MBS) 그래프트 공중합체가 있다. 이 경우, 벌크 밀도 0.35-0.45 g/cc, 유리전이온도(Tg) -77 ℃ 이하이며, 균일하게 분포된 평균 직경 5 ㎛ 이하의 분산상 수지인 것이 바람직하다.
본 발명의 폴리에스테르 필름은 분산상 수지를 수지 총량에 대해 5 내지 40 중량％의 양으로 포함할 수 있다. 분산상 수지가 5 중량％ 미만인 경우에는 전반적으로 불균일하고 분산상이 차지하는 비율이 적어서 편광성의 기능을 충분히 반영하지 못하며, 40 중량％를 초과하는 경우에는 내열성과 기계적 성질이 떨어지는 분산상의 양이 많아지기 때문에 얻어지는 필름의 내열성과 기계적 성질이 나빠진다. 또한, 헤이즈가 증가하고 빛투과율이 떨어지고 공정성도 불량해진다.
본 발명에 사용되는 폴리에스테르계 매트릭스 수지는 다가 유기산 성분과 지방족 글리콜을 축중합시켜 제조할 수 있다. 상기 유기산으로는 방향족 디카르복실산이 사용되며, 테레프탈산과 2,6-나프탈렌디카르복실산 등이 있다. 상기 지방족 글리콜으로는 에틸렌 글리콜, 디에틸렌글리콜 및 1,4-시클로디메탄올 등을 들 수 있다. 이들 디카르복시산과 글리콜은 2종 이상을 병용해도 좋다. 대표적인 폴리에스테르 수지로는 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET)와 폴리에틸렌-2,6-나프탈렌디카르복실레이트 (PEN) 등이 있다.
본 발명에서는 극한 점도 0.5 ㎗/g 이상의 폴리에틸렌나프탈레이트 (PEN) 수 지, 또는 이 PEN과 극한 점도 0.6 ㎗/g 이상의 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET) 수지와의 공중합물이나 혼합물이 적합하며, 이때 PET 수지는 전체 매트릭스 수지의 중량을 기준으로 5 내지 40 중량％의 양으로 사용될 수 있다.
본 발명에서는 폴리에스테르 필름의 취급성이나 제조의 용이성을 위하여 그 투명성을 손상시키지 않는 조건 하에서, 필름의 구성 성분에 불활성 입자를 함유시키는 것이 바람직하다. 이러한 용도로 사용할 수 있는 입자로, 무기 성분으로는 이산화 규소, 탄산칼슘, 산화알루미늄, 이산화티탄, 카올린, 탈크 제올라이트, 불화리튬, 황산바륨 및 카본블랙 등이 있고, 유기입자로는 가교된 스티렌, 아크릴 또는 스티렌 아크릴 공중합체 등을 사용할 수 있으며, 상기 입자들을 2종 이상 혼용하는 것도 가능하다. 상기 입자의 평균 입경은 통상 0.05-5 ㎛, 바람직하게는 1-3 ㎛이며, 가장 바람직하게는 1.5-2.0 ㎛이다. 입자의 함유량은 통상 매트릭스 수지 중량을 기준으로 0.01-5 중량％, 바람직하게는 0.02-2 중량％이다. 필름에 입자를 함유시키는 방법은 통상적으로 알려진 공지의 방법을 사용하는 것이 가능하다. 즉, 폴리에스테르 제조 공정에 있어서 임의의 단계에서 상기 입자를 첨가할 수 있으며, 특히, 에스테르화 단계 또는 에스테르 교환반응 종료 후, 축중합 반응 전 단계에서 에틸렌글리콜 등에 슬러리화 되어 있는 상기 입자들을 혼합하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는, 필름 제조를 위해 폴리에스테르계 수지와 분산상 수지를 혼련할 때, 이들 간의 상용성을 개선하기 위해 상용화제가 사용된다.
본 발명에서 사용되는 상용화제는 폴리에스테르 수지와 분산상 수지간의 상용성을 조절하는 작용을 한다. 보다 구체적으로 설명하면, 상용화제의 첨가에 의해 분산상 수지가 폴리에스테르 수지 내에서 작고 균일하게 다량 분포되고, 폴리에스테르 수지와 접하는 분산상 수지의 접촉면적도 증가하게 되어 시트의 헤이즈 값을 낮추고 이들 분산 입자들이 균일하게 분포된다. 따라서, 최종적으로 얻어지는 필름의 빛투과율이 높아지고 헤이즈가 낮아져서 광학특성을 향상시켜주고 필름의 유연성도 증가되며, 필름 표면이 엠보싱된 것과 같은 구조를 갖게 된다.
본 발명에 사용되는 상용화제로는 엘라스토머에 무수 말레인산 또는 무수 숙신산이 그래프트 공중합된 물질이 적합하며, 엘라스토머는 올레핀 계통의 스티렌-에틸렌/부틸렌-스티렌 (SEBS) 블록 공중합체가 바람직하다. 폴리에스테르 수지와 상용화제를 구성하는 무수 말레인산 또는 무수 숙신산의 상호작용에 의해 폴리에스테르 매트릭스 수지와 분산상 수지간의 상용성이 높아지게 된다.
상기 상용화제는 매트릭스 수지 중량에 대해 0.2 내지 1.0 중량％의 양으로 사용할 수 있다. 상용화제의 양이 0.2 중량％ 보다 작은 경우에는 상용성의 개선효과가 미미하여 시트의 헤이즈값을 증가시키고 빛투과율을 떨어뜨리게 되며, 1.0 중량％를 초과하는 경우에는 엘라스토머 성분에 의해 용융 점도가 저하되어 혼합 및 제막 공정상에 문제가 발생하게 된다.
본 발명의 광학 폴리에스테르 필름은, 폴리에스테르계 매트릭스 수지, 분산상 수지 및 상용화제를 컴파운딩 (compounding) 방식으로 혼합한 후, 이 수지 혼합물을 통상의 방법에 따라 압출기로부터 용융 압출하고 냉각, 고화시켜 미연신 시트를 제조한 다음, 이를 일축 또는 이축으로 연신 배향하여 필름을 제조할 수 있다. 이때, 미연신 시트는 동시이축연신법 또는 순차이축연신법을 이용하여 연신할 수 있다. 동시이축연신법의 경우에는, 미연신 시트를 통상 100 내지 180 ℃, 바람직하게는 120 내지 160 ℃에서 진행방향과 그 직각방향으로 동시에 연신하며, 그 연신비는 면적을 기준으로 통상 4 내지 50배 정도이다. 또한, 순차이축연신법은 미연신된 시트를 롤간의 주속차 또는 텐터 등을 활용하여 연신하며, 온도는 통상 100 내지 180 ℃, 바람직하게는 120 내지 160 ℃에서 종방향으로 2.5 내지 7배 연신하고 바람직하게는 3 내지 6배의 연신비율로 연신한다. 다음으로 진행 방향과 직각방향 (횡방향)으로 1 내지 6배 연신하여 1축 또는 2축 배향된 폴리에스테르 필름을 얻을 수 있다.
이와 같이 제조된 본 발명의 복합 폴리에스테르 필름은 30％ 이상, 바람직하게는 40％ 이상의 빛투과율, 80％ 이하, 바람직하게는 60％ 이하의 헤이즈, 및 10 ％ 이상의 편광성 (필름 2장을 0도 및 90도로 겹쳤을 때의 빛투과율의 차이)을 갖는 등 광학적 특성이 우수하고 뛰어난 편광성을 가져 디스플레이 기기의 광학 필름으로 유용하다.
이하, 본 발명을 하기 실시예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 한정하지는 않으며, 본 발명의 실시예 및 비교예에서 제조된 필름의 각종 성능 평가는 다음과 같은 방법으로 실시하였다.
(1) 빛투과율 및 헤이즈
ASTM D 1003의 표준 측정법에 따라 가드너 (Gardener)사의 XL 211 헤이즈 미 터를 사용하여 빛투과율 및 헤이즈를 측정하였다.
(2) 편광성
가드너 (Gardener)사의 XL 211 헤이즈 미터를 사용하여 편광필름 2장을 0도와 90 도로 겹쳤을 때 통과한 빛의 투과율 차로 측정하였다.
실시예 1
디메틸-2,6-나프탈렌디카르복실레이트와 에틸렌글리콜을 1:2 당량비로 혼합한 뒤, 이 혼합물에 에스테르 교환반응 촉매를 첨가하여 폴리에틸렌나프탈레이트의 단량체로서, 비스-2-하이드록시에틸나프탈레이트를 형성하였다. 여기에 테트라키스-3,5-디-t-부틸하이드록시페닐프로파노일옥시메틸메탄 0.2 중량부와 중축합촉매를 첨가하고 중축합을 완결시켜, 극한점도가 0.5 dl/gr 이상인 폴리에틸렌나프탈레이트 수지를 제조하였다.
또한, 디메틸테레프탈레이트와 에틸렌글리콜을 1:2 당량비로 혼합한 뒤, 이 혼합물에 에스테르 교환반응 촉매를 첨가하여 폴리에틸렌테레프탈레이트의 단량체로서 비스-2-하이드록시에틸테레프탈레이트를 형성하였다. 이 화합물에 테트라키스-3,5-디-t-부틸하이드록시페닐프로파노일옥시메틸메탄 0.2 중량부와 중축합촉매를 첨가하고 중축합을 완결시켜, 극한점도가 0.6 dl/gr 이상인 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지를 제조하였다.
상기에서 제조한 폴리에틸렌나프탈레이트 수지 80 중량부와 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 20 중량부를 혼합한 다음, 여기에 분산상으로서, MBS 폴리머 (Paraloid, Rohm & Hass 사, PARALOID EXL-3691A, 유리전이온도 -77 ℃ 이하, 평균 입경 5 ㎛ 이하) 20 중량부와 상용화제로서, SEBS-MA ((스티렌-에틸렌/부틸렌-스티렌)-무수 말레인산; Shell 사의 Kraton 1901X) 1.0 중량부를 첨가하여 컴파운딩 방식에 의해 혼합수지로 만들었다. 이 혼합수지를 통상의 폴리에스테르 필름 제조방식에 따라 건조, 용융 및 압출하여 시이트 형태로 만든 후, 종방향으로만 4배 연신시켜 고분자 필름을 제조하였다. 이 필름에 대해 전술한 바와 같은 방법에 따라 필름의 특성을 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 2 내지 5 및 비교예 1 내지 3
폴리에틸렌테레프탈레이트 및 각종 첨가제의 첨가량을 하기 표 1에 나타나 있는 바와 같이 변화시키는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 고분자 필름을 제조한 후, 그 특성을 평가하여 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
Figure 112004059996400-pat00001
상기 표 1에 나타나 있는 바와 같이, 본 실시예 1에서 제조된 필름은 광학 특성이 우수함을 알 수 있다. 또한, 실시예 2 내지 5에서 제조된 필름의 경우와 같이, 분산상 수지 및 상용화제의 첨가량이 본 발명에서 한정된 범위를 유지하는 한, 광학 특성이 목적한 물성을 유지한다는 것을 알 수 있다.
그러나, 비교예 1 내지 3에서 제조된 필름의 경우와 같이, 분산상 수지 및 상용화제의 첨가량이 본 발명에서 한정된 바람직한 범위를 벗어나면, 얻어지는 필름의 평가된 특성 중 적어도 하나 이상의 항목에서 불량한 것으로 나타났다.
본 발명에 따른 편광성을 가진 폴리에스테르 필름은 빛투과율, 헤이즈 등 광학적 성질이 우수하고 뛰어난 편광성을 가지므로, 디스플레이 기기의 광학 필름으로 유용하게 사용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 폴리에스테르계 매트릭스 수지에 코어-쉘 구조를 갖는 분산상 수지가 분산되어 있으며, 80 ％ 이하의 헤이즈 (haze), 30 ％ 이상의 빛투과율 및 10 ％ 이상의 편광성을 갖는 것을 특징으로 하는, 폴리에스테르계 광학 필름.
  2. 제 1 항에 있어서,
    분산상 수지가 부타디엔-스티렌 코어에 메타크릴레이트 쉘이 그래프트된 공중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 폴리에스테르계 광학 필름.
  3. 제 1 항에 있어서,
    분산상 수지가 0.35-0.45 g/cc의 벌크 밀도, -77 ℃ 이하의 유리전이온도 및 5 ㎛ 이하의 평균 입경을 갖는 것을 특징으로 하는, 폴리에스테르계 광학 필름.
  4. 제 1 항에 있어서,
    폴리에스테르계 매트릭스 수지가 폴리에틸렌나프탈레이트 (PEN)인 것을 특징으로 하는, 폴리에스테르계 광학 필름.
  5. 제 4 항에 있어서,
    폴리에스테르계 매트릭스 수지가, 매트릭스 수지 중량을 기준으로 5 내지 40 중량 ％의 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 폴리에스테르계 광학 필름.
  6. 제 1 항에 있어서,
    분산상 수지를 매트릭스 수지 중량을 기준으로 5 내지 40 중량％로 포함하는 것을 특징으로 하는, 폴리에스테르계 광학 필름.
  7. 제 1 항에 있어서,
    매트릭스 수지 중량을 기준으로 0.2 내지 1.0 중량％의 양으로 상용화제를 포함하는 것을 특징으로 하는, 폴리에스테르계 광학 필름.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상용화제가, 무수 말레인산 또는 무수 숙신산이 그래프트 공중합된 엘라스토머임을 특징으로 하는, 폴리에스테르계 광학 필름.
  9. 제 8 항에 있어서,
    엘라스토머가 스티렌-에틸렌/부틸렌-스티렌 (SEBS) 블록 공중합체임을 특징으로 하는, 폴리에스테르계 광학 필름.
  10. 제 1 항에 있어서,
    종방향으로 3 내지 6배, 횡방향으로 1 내지 6배 연신된 것임을 특징으로 하는, 폴리에스테르계 광학 필름.
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