KR100668683B1 - 열수축율이 낮은 디스플레이 패널용 투명필름의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 디스플레이 패널로 사용되는 투명필름의 제조방법에 관한 것으로서, (a) 용융된 광투과성 고분자 수지(A) 및 직경이 3 ~ 15㎛이고 길이가 0.01 ~ 0.05mm이며, 굴절율이 광투과성 고분자 수지와 일치되도록 코팅층이 형성된 다수의 유리섬유(B)를 98 ~ 90 : 2 ~ 10의 중량비(A:B)로 혼합하여 복합 고분자 수지를 준비하는 단계; (b) 상기 복합 고분자 수지를 압출기의 다이를 통하여 소정 두께와 폭을 갖는 필름으로 압출하는 단계; 및 (c) 상기 압출된 필름을 어닐링(annealing)하며 냉각시키는 단계;를 포함한다. 본 발명에 따른 디스플레이 패널용 투명필름의 제조방법은 별도의 후공정 처리 없이도 광투과율의 저하없이 투명필름의 열수축율을 줄이고 기계적 물성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 연속식 공정에 적용될 수 있어 생산성이 높으며 친환경적이다.
디스플레이 패널*유리섬유*굴절율
Description
본 발명은 각종 디스플레이 패널로 사용되는 투명필름의 제조방법에 관한 것이다.
디스플레이 패널은 전자계산기, 전자시계, 자동차 네비게이션, 사무자동화 기기, 휴대전화, 노트북 컴퓨터 및 정보통신 단말기 등의 표시장치에 널리 사용되고 있는데, 예를 들어 액정표시장치는 내부에 투명전극과 배향막을 형성시켜 대향시킨 상부 패널 및 하부 패널 사이에 액정이 주입된 구조로 되어 있다.
종래에는 이와 같은 디스플레이 패널은 유리로 이루어진 패널을 사용하였다. 그러나, 유리패널은 투명성을 좋으나 유리의 특성상 내충격성이 부족하여 충격에 쉽게 파손되며 박형화하는데 한계가 있을 뿐만 아니라, 단위 부피당 무게가 커서 경량화하는데 한계가 있다. 따라서, 최근에는 내충격성이 우수하고 경량화가 가능한 플라스틱 투명필름으로 이루어진 패널이 유리패널을 점차 대체하고 있다.
이와 같은 디스플레이 패널용 투명필름은 광학특성이 우수한 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리에테르술폰(polyethersulfone, PES), 폴리아릴레이트(polyarylate, PAR), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylene naphthalate, PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 사이클로올레핀 코폴리머(cycloolefin copolymer) 등의 열가소성 고분자 수지와 에폭시, 불포화 폴리에스터 등의 열경화성 고분자 수지로 제조될 수 있다.
투명하며 열가소성 고분자 수지를 이용하여 디스플레이용 필름을 제조하는 방법으로는 용매 캐스팅법, 블로우 성형법, 용융압출법 등이 있으나, 주로 용매 캐스팅법을 사용하고 있다.
용매 캐스팅법은 고분자 수지를 용매에 녹여 용액으로 제조한 후, 캐스터에 적용하고 용매를 증발시켜 필름이나 쉬트를 만드는 배치 공정식 방법으로서, 이 방법은 공정상 다량의 용매를 사용한 후 증발시켜야 하는 공정상의 번거로움이 있을 뿐만 아니라, 증발시킨 용매에 의해 환경오염이 발생하는 문제가 있다. 또한 배치공정에 의한 방법이므로 생산성이 높지 않아 생산단가가 매우 높은 단점이 있다.
따라서, 압출기에 T-다이, 코트행거다이 등의 다이를 장착하여 용융된 광투과성 고분자 수지를 쉬트(필름)상으로 압출한 다음, 롤러를 통과시켜 어닐링을 하며 냉각시키는 용융압출법이 선호되고 있다. 이 방법은 용매캐스팅법의 단점으로 지적되는 용매를 제거하기 위한 공정상의 번거로움이나 용매에 의한 환경오염 문제가 없으며 연속공정으로 제조할 수 있어, 생산 단가를 획기적으로 낮출 수 있다.
그러나, 통상의 용융압출법에 의해 제조된 투명필름은 유리기판에 비해 고온 에서의 열수축이 크게 발생한다. 디스플레이 제조시 열수축이 일어나면, 화면을 이루는 화소의 배열이 흐트러져 화면 왜곡현상이 발생하므로 디스플레이 성능을 제대로 발현할 수 없다. 따라서, 플라스틱 투명필름을 디스플레이 패널에 적용하기 위해서는 열수축 현상을 최소화하는 것이 매우 중요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 별도의 후공정 처리 없이도 광투과율의 저하없이 투명필름의 열수축율을 줄이고 기계적 물성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 연속식 공정에 적용될 수 있어 생산성이 높으며 친환경적인 디스플레이 패널용 투명필름의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명은 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, (a) 용융된 광투과성 고분자 수지(A) 및 직경이 3 ~15㎛이고 길이가 0.01 ~ 0.05mm이며, 굴절율이 광투과성 고분자 수지와 일치되도록 코팅층이 형성된 다수의 유리섬유(B)를 98 ~ 90 : 2 ~ 10의 중량비(A:B)로 혼합하여 복합 고분자 수지를 준비하는 단계; (b) 상기 복합 고분자 수지를 압출기의 다이를 통하여 소정 두께와 폭을 갖는 필름으로 압출하는 단계; 및 (c) 상기 압출된 필름을 어닐링(annealing)하며 냉각시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열수축율이 낮은 디스플레이 패널용 투명필름의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 광투과성 고분자 수지로서 폴리에테르술폰을 사용할 때, 유리섬유에 도포된 코팅층은 아크릴 수지로 형성하는 것이 바람직 하다.
이하에서는 본 발명에 따른 저수축율 디스플레이 패널용 투명필름의 제조방법에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
디스플레이 패널을 이용하여 각종 표시장치를 제조하는 공정에는 고온에서 처리되는 공정이 포함된다. 전술한 바와 같이, 디스플레이 패널에 열수축이 발생하면, 화면을 이루는 화소의 배열이 흐트러져 화면 왜곡현상이 발생하므로 디스플레이 성능을 제대로 발현할 수 없다. 디스플레이 패널로서 유리기판을 사용하는 경우에는 열수축이 매우 적으므로 문제가 없으나, 통상의 용융압출법에 의해 제조된 플라스틱 투명필름은 고온에서 열수축 현상이 비교적 크게 일어난다. 따라서, 열수축율이 낮은 디스플레이 패널용 투명 필름의 개발이 필수적이다.
본 발명에서는 이러한 플라스틱 필름의 열수축 현상을 방지하기 위해, 유리섬유를 혼합하는 방법을 사용하였다. 유리섬유는 투명한 무기물질로서 열수축 현상이 거의 없고, 첨가시 매트릭스 수지의 강도를 크게 향상시킬 수 있으므로 복합재료 제조시에 널리 쓰이고 있는 소재이다. 본 발명에서는 이러한 유리섬유의 고유특성에 착안하여 투명필름에 유리섬유를 첨가하여 복합필름을 제조하는 방법으로 열수축율을 감소시켰다.
그런데, 통상적으로 투명필름에 유리섬유를 첨가하면 빛의 산란현상에 의해 필름의 투과특성이 현저하게 저하된다. 이런 단점은 유리섬유의 크기를 적절한 크기로 하고 유리섬유의 표면에 적절한 코팅층을 형성하여 유리섬유의 굴절율을 매트릭스 수지인 광투과성 고분자 수지의 굴절율과 일치되도록 하므로서 해결하였다.
본 발명의 열수축율이 낮은 디스플레이 패널용 투명필름의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 용융된 광투과성 고분자 수지(A)와 코팅층이 형성된 다수의 유리섬유를 혼합하여 복합 고분자 수지를 준비한다. 이러한 공정은 예를 들어, 칩 상태의 건조된 광투과성 고분자 수지를 압출기에서 용융시킨 다음, 코팅된 유리섬유들을 사이드 피딩장치에 의해 압출기에 공급하여 압출기의 배럴내에서 균일하게 혼합시키는 방법으로 이루어질 수 있다.
광투과성 고분자 수지로는 폴리에테르술폰, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리아릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 사이클로올레핀 코폴리머 등을 사용할 수 있다.
광투과성 고분자 수지와 혼합되는 유리섬유는 직경이 3 ~ 15㎛이고 길이가 0.01 ~ 0.05mm인 것을 사용하는 것이 바람직한데, 유리섬유 표면에 코팅된 코팅층은 첨가된 유리섬유의 굴절율이 광투과성 고분자 수지와 일치되도록 적절한 굴절율을 갖는 투명재료로 형성된다. 예를 들어, 광투과성 고분자 수지로서 폴리에테르술폰을 사용하는 경우, 코팅층은 아크릴 수지로 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 폴리에테르술폰의 굴절율은 1.65이고 유리섬유의 굴절율은 1.52 정도이므로, 유리섬유에 굴절율이 1.8인 아크릴 수지로 코팅하여 굴절율을 일치시키면 전술한 빛의 산란현상을 최소화할 수 있다. 코팅층의 두께는 광투과성 고분자 수지와 유리섬유의 굴절율 차이 및 유리섬유의 직경에 따라 조절하여 굴절율을 일치시킬 수 있도록 해야 한다.
광투과성 고분자 수지(A)와 코팅층이 형성된 다수의 유리섬유(B)의 혼합비는 필름의 광투과성과 수축율을 고려할 때 98 ~ 90 : 2 ~ 10의 중량비(A:B)로 혼합하는 것이 바람직하다.
이어서, 균일하게 혼합된 복합 고분자 수지를 압출기의 다이(예를 들어 T-다이)를 통하여 소정 두께(예를 들어 100 ~ 1000㎛)와 적절한 폭을 갖는 필름으로 압출한다.
이어서, 압출된 필름을 어닐링(annealing)하며 냉각시키는데, 광투과성 고분자 수지로서 폴리에테르술폰을 사용하는 경우 필름의 어닐링은 130 ~ 150℃의 제1 롤러, 160 ~ 180℃의 제2 롤러 및 190 ~ 240℃의 제3 롤러를 순차적으로 통과시키는 것이 바람직하다. 이와 같은 순차적인 어닐링에 의하여 필름의 광학적 이방성 위상차를 감소시킬 수 있다.
이와 같이 제조된 디스플레이 패널용 투명필름은 열수축율이 작아 디스플레이용 광학 필름으로서의 성질을 만족시킬 뿐만 아니라, 기계적 강도와 같은 물리적 특성도 향상된다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되어 지는 것이다.
실시예 1
유리섬유에 굴절율이 1.8인 아크릴레이트 수지를 코팅하여 코팅된 유리섬유의 굴절율이 1.65가 되도록 한다음, 절단하여 평균직경이 5㎛이고 평균길이가 0.02mm인 아크릴레이트가 코팅된 유리섬유를 준비하였다. 폴리에테르술폰 수지 칩을 건조시킨 후 압출기에 투입하여 417℃로 가열하여 용융시킨 다음, 전술한 코팅 유리섬유를 피더를 통하여 투입하여(폴리에테르술폰 수지:코팅된 유리섬유의 혼합 중량비는 95:5임) 균일하게 혼합시킨 다음, 압출기에 장착된 T-다이를 통하여 두께 200㎛, 폭 1450mm인 필름으로 압출하였다. 이어서, 압출된 필름을 143℃, 165℃ 및 195℃의 온도로 각각 유지되는 제1 롤러, 제2 롤러 및 제3 롤러에 50mm/s의 속도로 순차적으로 통과시켜 필름을 제조하였다.
제조된 필름의 평균 광투과율은 89% 였으며, 두께 편차는 1% 이내였다. 열수축율을 측정하기 위해 190도에서 10분간 열처리를 하였으며, 열처리 전후의 치수변화를 통해 열수축율을 측정하였다. 측정된 열수축율은 0.01% 로 측정되었다.
비교예 1
코팅된 유리섬유를 투입하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 필름을 제조하였다.
제조된 필름의 평균 광투과율은 89%였으며, 두께 편차는 1% 이내였다. 열수축율을 측정하기 위해 190도에서 10분간 열처리를 하였으며, 열처리 전후의 치수변화를 통해 열수축율을 측정하였다. 측정된 열수축율은 0.5% 로 측정되었다.
이와 같이, 본 발명에 따른 디스플레이 패널용 투명필름의 제조방법은 별도의 후공정 처리 없이도 투명필름의 열수축율을 줄이고 기계적 물성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 광투과율의 저하도 발생하지 않는다. 또한, 본 발명의 제조방법은 연속식 공정에 적용될 수 있으므로 생산성이 높으며, 용매를 사용하지 않아 환경을 오염시키지 않는 장점이 있다.
Claims (4)
- (a) 용융된 제1 광투과성 고분자 수지(A) 및 직경이 3 ~ 15㎛이고 길이가 0.01 ~ 0.05mm이며, 유리섬유의 표면에 제2 광투과성 고분자 수지로 코팅층이 형성되어 상기 제1 광투과성 고분자 수지의 굴절율과 일치하도록 조절된 다수의 코팅층 형성 유리섬유(B)를 98 ~ 90 : 2 ~ 10의 중량비(A:B)로 혼합하여 복합 고분자 수지를 준비하는 단계;(b) 상기 복합 고분자 수지를 압출기의 다이를 통하여 소정 두께와 폭을 갖는 필름으로 압출하는 단계; 및(c) 상기 압출된 필름을 어닐링(annealing)하며 냉각시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열수축율이 낮은 디스플레이 패널용 투명필름의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 광투과성 고분자 수지는 폴리에테르술폰, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리아릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트 및 사이클로올레핀 코폴리머로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 열수축율이 낮은 디스플레이 패널용 투명필름의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 광투과성 고분자 수지는 폴리에테르술폰이고, 제2 광투과성 고분자 수지는 아크릴 수지인 것을 특징으로 하는 열수축율이 낮은 디스플레이 패널용 투명필름의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 광투과성 고분자 수지는 폴리에테르술폰이고, c)단계의 어닐링은 압축된 필름을 130 ~ 150℃의 제1 롤러, 160 ~ 180℃의 제2 롤러 및 190 ~ 240℃의 제3 롤러에 순차적으로 통과시켜 이루어지는 것을 특징으로 하는 열수축율이 낮은 디스플레이 패널용 투명필름의 제조방법.
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