KR100704863B1 - 광학 필름의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 투명 재료인 사이클로올레핀 코폴리머(COC)를 원료로 사용하고 용매에 용해하여 용액을 만들고 광학 필름을 형성하는, 광학 필름의 제조 방법을 개시한다. 본 발명에 따라 형성된 광학 필름은 종래 기술의 광학 필름과 유사한 광학 특성을 가진다. 따라서, 보다 저렴하고 입수가 용이한 원료를 사용하여 위상차막이나 보호막을 제조할 수 있다.

광학 필름, 보호막, 위상차막, 사이클로올레핀 코폴리머, 다기능 필름

Description

광학 필름의 제조 방법{METHOD OF MANUFACTURING AN OPTICAL FILM}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 필름의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 안정성 시험 결과를 나타내는 표이다.

도 3은 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따른 안정성 시험 결과를 나타내는 표이다.

도 4는 본 발명에 따른 용액 캐스팅(casting)에 의해 형성된 위상차막과 종래 기술의 위상차막 사이의 차이를 예시하는 표이다.

본 발명은 광학 필름에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 두께가 감소된 광학 필름에 관한 것이다.

오늘날, 눈부심 방지막(anti-glare film), EMI 차폐막, 편광판(polarizer), 편광판의 지지층으로 작용하는 투명 플라스틱판, 위상차막(retardation film), 광반사막 등과 같은 여러 가지 다기능 필름이 개발되었으며, 액정 디스플레이(LCD)의 표면에 부착되어 액정 디스플레이에 나타난 화상의 색상과 휘도를 미화시키기 위해 사용되고 있다. 따라서, 이들 다기능 필름은 LCD에 있어서는 필수적인 부속물이 되고 있다.

그러나, 일부 다기능 필름은 구하기 어렵고 고가인 재료로 만들어진다. 트리아세틸셀룰로오스(TAC)와 같은 재료로 만들어진 투명 플라스틱판을 예로 들면, 투명 플라스틱판은 흔히 편광판의 상하 양면에 부착되기 때문에, 통상 투명 플라스틱판은 높은 투명도, 광학적 등방성, 무결점 표면, 높은 내열성과 내습성, 높은 투광도, 높은 경도(hardness), 여러 가지 온도와 습도에 대한 낮은 몰드 수축률(mold shrinkage), 처리의 용이성 등의 특징을 가질 것이 요구된다. 따라서, 그러한 특징을 가진 광학 필름은 편광판의 보호 시트로서 사용될 경우, 열과 습도에 대해 충분한 강도와 상당한 보호 효과를 제공할 수 있다. 보호 효과에 더하여, 이들 투명 플라스틱판은 편광판에 대한 지지층으로서 작용할 수도 있다. 편광판에 대한 지지층으로서 작용하는 투명 플라스틱판은 편광판에 대한 효율적인 지지 및 보호를 제공하기 위해 사용되는 동안 전술한 특징을 가져야 하기 때문에, 투명 플라스틱판의 제조용으로 사용되기에 적합한 재료는 드물며 고가인 것이 보통이다.

또 다른 예로서 위상차막[연신 폴리머막일 수 있음]을 들면, 위상차막이 액정셀의 위상 변화(phase variation)을 보상함으로써 LCD의 시야각을 향상시킬 수 있도록, 높은 투명도, 적절한 광학적 이방성, 무결점 표면, 높은 내열성과 내습성, 높은 투광도, 높은 경도, 여러 가지 온도와 습도에 대한 낮은 몰드 수축률, 처리의 용이성 등을 가질 것이 요구된다.

마찬가지로, 액정셀의 위상 변화는 위상차막이 전술한 특징을 가지고 있을 때에만 효율적으로 보상될 수 있으므로, 위상차막의 제조용으로 적합한 재료는 드믈고, 고가인 것이 보통이다.

액정 폴리머(LCP) 또는 액정(LC)으로 만들어지며, 기판 상에 디스크 형상 또는 막대 형상의 액정을 코팅함으로써 형성되는 대안적 위상차막은 보다 정확한 광학적 보상, 더 높은 콘트라스트 및 더 넓은 시야각을 제공할 수 있다. 그러나, 그러한 위상차막은 원료가 희소하고 고가라는 단점뿐 아니라, 그의 제조 방법이 복잡하다는 문제도 있다.

이상과 같은 관점에서, 본 발명은 광학 필름을 제조하기 위해 보다 입수가 용이하고 저가인 원료를 사용할 수 있는 광학 필름의 제조 방법을 제공하는 것이다. 즉, 본 발명의 주된 목적은 비교적 입수가 용이하고 가격이 낮은 원료로 만들어지는 보호막을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 광학 필름용 원료로서 사이클로올레핀 코폴리머(COC)를 선택하는 단계; 상기 COC를 용해하여 용액을 형성하기 위한 용매를 제공하는 단계; 및 상기 용액를 사용하여 보호막을 형성하는 단계를 포함하는 광학 필름의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 용매는 실질적으로 메틸벤젠계 비극성(nonpolar) 유기 용매이다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서, 상기 방법은 상기 용액이 보호막을 형성하는 데 적합한 것인지 여부를 판정하기 위해 상기 용액에 대해 안정성 시험을 행하는 단계를 더 포함하고, 상기 용액이 안정성 시험을 통과하면 보호막을 형성하는 데 적합한 것이고, 그렇지 않으면 적합하지 않은 것이다.

상기 용액을 이용하여 보호막을 형성하는 공정에 있어서, 상기 용액을 사출 성형하거나 스크레이퍼(scraper)를 사용하여 평탄한 표면 상에 상기 용액을 코팅함으로써 상기 보호막이 형성될 수 있다.

또한, 전술한 보호막 대신에 위상차막을 제조하기 위해 본 발명에 따른 광학 필름의 제조 방법을 이용하는 과정중에, 상기 방법은 보호막을 건조하는 단계; 건조된 보호막을 유리 전이온도로 가열하는 단계; 및 가열된 보호막을 연신하여 위상차막을 형성하는 단계를 추가로 포함한다.

바람직한 실시예의 설명

본 발명의 완전한 기능 및 구조적인 특징을 당업자가 보다 온전히 이해하고 인지할 수 있도록 하기 위해, 몇 가지 바람직한 실시예를 구체적 설명과 함께 이하에 제시한다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 TAC와 같은 종래 기술에서 보호막의 형성에 사용된 재료 및 TAC, 사이클로올레핀 폴리머(COP)(예; ZEON Corp.사의 ZEONOR 및 JSR Corp.사의 ARTON) 등과 같은 종래 기술에서 위상차막의 형성에 사용된 재료를 대체하기 위해 사이클로올레핀 코폴리머(COC) 수지를 사용하는데, 상기 COC는 TAC와 COP에 비해 입수가 더 용이하고 가격이 더 저렴하다.

COC는 일반적으로 광학 디스크나 광학 렌즈의 기판을 형성하는 재료로서 사용되고 있다. 따라서, 보호막과 위상차막과 같은 광학 필름의 제조 방법에서 원료로서 COC를 사용하지만, 광학 필름을 제조하기 위해 COC를 사용하는 제조 공정은 광학 디스크나 광학 렌즈의 기판을 제조하는 공정과는 본질적으로 상이하다.

일반적으로, 광학 디스크나 광학 렌즈의 기판을 형성하기 위해 2종 이상의 상이한 조성을 갖는 COC를 이용하여 채택된 종래의 제조 방법은 용융 성형(melt forming)이다. 즉, 용융 혼합(melt blending)에 의해 광학 디스크나 광학 렌즈의 기판을 형성하는 경우에, 먼저 2종 이상의 COC를 용융하여 혼합한 다음, 혼합된 재료를 열가소 방식 처리(thermoplastic processing)를 행하여 전술한 기판을 형성한다. 또한, SBS, SEBS, SEPS 등과 같은 엘라스토머를 용융 혼합 공정에 제공하여 용융시키고 상기 2종 이상의 COC와 혼합함으로써, 열가소 방식 처리에 의해 형성된 광학 디스크나 광학 렌즈의 기판은 보다 양호한 강인성(tenacity)을 가지게 된다.

그러나, 광학 디스크나 광학 렌즈의 기판의 형성은 용융 혼합 또는 열가소 방식의 처리를 필요로 하기 때문에, COC는 황변과 같은 열화(deterioration)를 일으키기 쉽다. 따라서, COC의 혼합물을 안정화시키기 위해 COC에 산화방지제나 안정화제를 첨가하는 것이 제안된다. 그러나, COC 혼합물의 광학적 특성은 나빠질 수 있다.

상기 문제에 대응하여, 본 발명은 광학 필름의 제조 방법을 제공하며, 그의 바람직한 실시예에 대한 흐름도가 도 1에 예시되어 있다. 흐름도의 단계 101에서, 원료로서 COC 물질을 선택하는데, 이러한 COC 물질은 COC 단일 물질일 수도 있고 여러 가지 상이한 COC들의 혼성물일 수도 있다. 이어서, 단계 102로 넘어 가는데, 단계 102에서는 상기 선택된 COC 재료를 용해할 수 있는 용매가 제공되고, 이 용매로 사용될 수 있는 것은 메틸벤젠, 디클로로메탄, 사이클로헥산 등이다. 또한, 단계 102에서, 상기 선택된 COC는 용매 중에 용해되어 용액을 형성하고, 다음으로 단계 103으로 넘어 간다.

단계 103에서, COC가 용해되어 있는 용액이 형성되어 있으므로, 제조하고자 하는 광학 필름을 형성하는 데 상기 용액이 적합한지 여부를 판정하기 위해, 용액에 대한 안정성 시험을 행하여; 용액이 적합하다고 판정될 경우, 공정은 단계 104로 진행되고; 그렇지 않으면 공정은 단계 101로 되돌아 간다. 단계 104에서, 용액을 이용하여 사출 성형하거나, 스크레이퍼로 평탄한 표면 상에 용액을 코팅함으로써 광학 필름을 형성한다.

단계 104에서 형성된 광학 필름은, 예를 들면, 편광판의 지지재로서 기능하는 보호막으로 이용될 수 있다. 또한, 위상차막과 같은 보상 필름을 형성하기 위해 전술한 방법에 따라 형성된 보호막을 후속 공정으로 처리할 수 있다.

위상차막 등을 형성하기 위해, 공정은 이어서 단계 104에서 단계 105로 진행된다. 단계 105에서는, 단계 104에서 형성된 광학 필름이 건조되고, 다음 공정인 단계 106으로 진행된다. 단계 106에서, 광학 필름은 유리 전이온도(Tg)로 가열된 다음 단계 107로 넘어 간다. 마지막으로, 단계 107에서, 상기 가열된 광학 필름은 위상차막 등을 형성하기 위해 연신된다. 연신 공정은 형성되는 위상차막의 굴절률을 결정할 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 안정성 시험 데이터를 표로 나타낸다. 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 여러 가지 조성의 COC가 메틸벤젠 중에 용해되어 있는 용액을 A, B, C, D 등으로 표지했다. 표지된 이들 용액 중에서 A 용액과 B 용액은 약 144시간 후에도 안정성을 나타낸다. D 용액과 C 용액은 용액의 메틸벤젠이 지나치게 점성으로 되어 젤리(jelly)형이 됨으로 인해 각각 3시간 후 및 24시간 후에 불안정하게 된다. 따라서, 용액이 안정성 시험을 거친 후, D 용액과 C 용액은 일반적으로 폐기되고 B 용액과 A 용액은 광학 필름의 형성에 적합한 것으로 선택된다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따른 안정성 시험 데이터를 표로 나타낸다. 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 도 2에서 언급한 A 용액과 B 용액은 제조하고자 하는 광학 필름을 형성하기 위한 용액으로 작용하도록 소정의 여러 가지 비율로 혼합되어 있다. 이 경우, 열적 특성과 기계적 특성을 고려하여 A 용액과 B 용액의 바람직한 조합을 얻을 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 용액 캐스팅에 의해 형성된 위상차막과 종래 기술의 위상차막 사이의 차이를 나타내는 표이다. 도 4에 제시되어 있는 차이점에 따르면, A 용액(10%)과 B 용액(90%)의 혼합에 의해 형성된 위상차막은 종래 기술의 위상차막과 유사한 투광도, 헤이즈, 굴절률 등의 특성을 가진다.

결론적으로, 본 발명의 광학 필름 제조 방법은 보다 저렴하고 입수가 용이한 COC 물질을 이용하여 용액 캐스팅에 의해 광학 필름을 형성하며, 종래 기술의 광학 필름과 거의 대등한 광학 특성을 가진 광학 필름을 얻을 수 있다. 따라서, 본 발 명에 따른 보호막과 위상차막은 원료의 입수가 용이하고 가격이 저렴한 조건 하에서 제조될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위해 제시되었지만, 제시된 본 발명의 실시예의 변형 및 그 밖의 구현예를 당업자가 실행할 수 있을 것이다. 따라서, 첨부된 청구의 범위는 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않는 모든 구현예를 포함하는 것이다.

본 발명에 의하면 입수가 용이하고 저가인 원료를 사용하여 종래 기술과 대등한 광학 특성을 가진 광학 필름을 얻을 수 있는 제조 방법이 제공된다.

Claims (4)

1. 광학 필름용 원료로서 사이클로올레핀 코폴리머(COC)에 상기 COC를 용해하기 위한 용매를 제공하여 용액을 형성하는 단계; 및

   상기 용액을 사용하여 보호막을 형성하는 단계

   를 포함하는 광학 필름의 제조 방법
2. 제1항에 있어서,

   위상차막(retardation film)을 형성하기 위해 상기 보호막을 건조하는 단계;

   상기 건조된 보호막을 유리 전이온도로 가열하는 단계; 및

   상기 가열된 보호막을 연신(stretching)하여 위상차막을 형성하는 단계

   를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 필름의 제조 방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 연신 단계를 수행하여 소망하는 굴절률(required refractive index)을 가진 위상차막을 얻는 것을 특징으로 하는 광학 필름의 제조 방법.
4. 제1항에 있어서,

   원료로서의 상기 사이클로올레핀 코폴리머(COC)는 2종 이상의 사이클로올레핀 코폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 필름의 제조 방법.

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