KR100709426B1

KR100709426B1 - 광학 필름의 접촉각을 감소시키는 방법

Info

Publication number: KR100709426B1
Application number: KR1020050015902A
Authority: KR
Inventors: 위-핑 왕; 야오-충 쳉; 밍-치히 시
Original assignee: 옵티맥스 테크놀러지 코포레이션
Priority date: 2004-12-16
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2007-04-18
Also published as: KR20060069211A; TWI245921B; TW200622286A; US20060144417A1

Abstract

본 발명은 광학 필름의 접촉각을 감소시키는 방법에 관한 것으로서, 특히 아세트산 부티르산 셀룰로오스(Cellulose acetate butyrate; CAB)를 원 필름의 주원료로 하여, 염 세정 처리, 산 세정 처리 등의 전 처리 과정을 거쳐 원 필름 표면 상의 이물질을 제거하고, 일정 시간 동안 건조·정치(靜置) 한 후, 다시 저온 플라즈마 처리(Non-Thermal Plasmas, NTPS)로 광학 필름 표면의 접촉각을 감소시킴으로써, 적층의 성공율을 제고시키고 있다.

광학필름, CAB, 광학필름의 접촉각, 저온 플라즈마 처리

Description

광학 필름의 접촉각을 감소시키는 방법{METHOD OF LOWERING THE CONTACT ANGLE OF AN OPTICALLY FILM}

도 1은 종래 기술에 의하여 트리아세테이트 셀룰로오스(TAC) 원 필름의 표면 이물질을 세척하여 접촉각을 감소시키는 전처리 과정의 흐름도이다.

도 2는 아세트산 부티르산 셀룰로오스(CAB)에 대하여 도 1에 의한 전처리를 한 후, 원 필름 표면에 행한 접촉각 측정 데이타 도표이다.

도 3은 본 발명에 따른 전처리 과정의 흐름도이다.

도 4는 아세트산 부티르산 셀룰로오스(CAB) 원 필름에 도 3에 의한 전처리를 한 후, 원 필름 표면에 행한 접촉각 측정 데이타 도표이다.

*도면 부호의 설명*

10 : 원 필름 11 : 염 세정 용기

12 : 물 세정 용기 13 : 산 세정 용기

14 : 물 세정 용기 15 : 건조 처리

20 : 원 필름

a : 염 세정 용기 b : 물 세정 용기

c : 산 세정 용기 d : 물 세정 용기

e : 건조 처리 f : 정치(靜置)

g : 저온 플라즈마 처리

본 발명은 광학 필름의 접촉각을 감소시키는 방법에 관한 것으로서, 특히 아세트산 부티르산 셀룰로오스를 필름의 원재료로 이용하여 광학 필름의 접촉각을 낮추는 방법에 관한 것이다.

편광판(Polarizer)은 액정 화면(Liquid Crystal Display) 제조 과정 중 가장 중요한 부품 중 하나인데, 상기 편광판은 LCD 제조 과정에 응용될 때, TN(Twisted Nematic), STN(Super TN) 및 TFT(Thin Film Transistor)에서 사용된다. LCD 산업의 발전에 따라, 편광판의 시장 역시 크게 성장하였는데, 광학판의 기능은 불특정 방향의 광선을 여과시켜, 특정 방향의 광선(편광)으로 전환시키는 것으로, 그 기능은 입사광을 직교시키되 편광을 분리시켜 나가게 하고, 그 중 일부분은 통과시키고 나머지 부분은 흡수, 반사 또는 산란 등을 시켜 차폐시킨다. LCD 상하에는, 편극화 방향이 서로 90°가 되도록 2개의 편광판을 배치하되, 하방 편광판의 광(光)은 통과하도록하고 상방 편광판의 광(光)은 통과하지 못하도록 하여 검정색이 나타나도록 한다. 반면, 전압을 통하여 액정층의 분자 배열 방향을 조정하게 될 경우에는, 밝은 백색으로 나타나게 되는데, 이렇게 하여 필름 상에 광선 명암의 변화가 나타나도록 한다. 간단하게 말하면, 편광판은 편광되지 않는 자연광을 편광으로 전환시키는 기능을 하게 되는 것이다.

편광판의 기본 구조는 다층막 구조인데, 그 중 PVA(Polyvinyl Alcohol) 분자의 연신 특성은 편광 작용을 구비하고 있기 때문에, 편광판이 편광 특성을 갖도록 한다. PVA가 연신되어 편광자가 된 후, 양 측면에는 일반적으로 각각 TAC(Triacetate Celluose)의 광학 박막이 적층되는데, 상기 TAC 지지층은 PVA를 보호하여 열이나 수분에 의한 수축을 방지한다. 이로써, 편광판의 기본 구조가 완성된다.

편광판의 용도는 액정 화면 제조에 한정되지 않는데, 예를 들어 광학 필름의 제조 과정에서 원 필름을 TAC에서 CAB(아세트산 부티르산 셀룰로오스, Cellulose acetate butyrate)로 대체할 경우에는 선글라스에 사용되는 편광판을 얻을 수 있다. CAB와 TAC의 구조는 기본적으로 서로 동일한데, 이들의 주된 차이점은 결합되는 R기 부분에 있다(화학식은 아래와 같다):

CAB의 R=COCH₂CH₂CH₃ OR H이다.

TAC의 R=COCH₃이다.

편광판을 생산하는 과정에서 얻어지는 데이타에 따르면, 광학 필름 표면의 접촉각 임계각도는 40°를 넘지 않는데, 만일 적층시의 접촉각이 상기 각도보다 크 게 되는 경우에는 박리 현상이 쉽게 형성되어 적층이 실패하게 된다. 트리아세테이트 셀룰로오스 TAC 원료를 예로 들어 보자면, 상기 원 필름(10)에 대하여 전처리(도 1에 도시된 것)를 하게 되는데, 즉 원 필름(10)을 염 세정 용기(11)에 넣어서 적당 시간 세척하고, 다시 물 세정 용기(12)에 넣어서 순수한 물로 원 필름 표면의 염 세정액을 세척하고 난 후, 원 필름(10)을 산 세정 용기(13)에 넣어서 황산으로 적당 시간 세척하고, 다시 물 세정 용기(14)에 넣어서 순수한 물로서 원 필름 표면의 황산을 세척한 후, 진공 열처리기로 건조시키는 과정(15)을 거쳐 원 필름(10) 표면의 미세한 이물질을 제거하고, 적층을 진행하는데, 이 때 광학 필름의 접촉각은 일반적으로 20°내외가 된다. 그러나 아세트산 부티르산 셀룰로오스(CAB)로 제작된 광학 필름의 표면에 대하여 상술한 내용과 동일한 전처리를 행한다고 하여도, 아세트산 부티르산 셀룰로오스(CAB)의 관능기 결합 에너지가 비교적 크기 때문에 접촉각을 35°이하로 감소시킬 수는 없게 된다. 도 2의 접촉각 측정 데이터는 아세트산 부티르산 셀룰로오스(CAB)에 대하여 5차례 전처리를 행한 후 접촉각의 감소 상황을 보여주고 있는데, 트리아세테이트 셀룰로오스(TAC)에 대한 전처리 과정과 동일하게 했을 때, 아세트산 부티르산 셀룰로오스(CAB) 수지면의 접촉각 평균은 61.536°인 반면, 아세트산 부티르산 셀룰로오스(CAB) 비수지면의 접촉각 평균은 51.758°였다. 진공 열처리기로 건조(15)시켰을 경우에는, 적층면의 접촉각은 평균 50.426°이고, 아세트산 부티르산 셀룰로오스(CAB)의 접촉각 평균은 55.436°였다. 상기 데이타에 의할 경우, 아세트산 부티르산 셀룰로오스(CAB)는 전처리 과정을 통해서 접촉각도가 감소되지 않는다는 것을 알 수 있는데, 그 주된 이유는 아세트산 부티르산 셀룰로오스(CAB)의 필름 표면이 지나치게 평평하고 매끄럽다는데 있다. 따라서 트리아세테이트 셀룰로오스(TAC)를 대체하여 아세트산 부티르산 셀룰로오스(CAB)를 광학 필름의 원료로 사용하기 위해서는, 필수적으로 접촉각을 감소시키는 과정에 대한 개선이 요구되는 것이다.

본 발명의 주요 목적은 광학 필름의 접촉각을 감소시키는 방법을 제공하는 것으로, 특히 아세트산 부티르산 셀룰로오스(CAB)에 대하여 염 세정 처리, 산 세정 처리 등의 전 처리 과정을 거쳐 원 필름 표면의 이물질을 제거하고, 일정 시간 동안 건조·정치(靜置) 한 후, 다시 저온 플라즈마 처리를 함으로써 아세트산 부티르산 셀룰로오스(CAB) 원 필름의 표면을 거칠게 하여 접촉각을 감소시키도록 하고 있다.

도 3은 본 발명에 따른 전처리 제작 과정의 흐름도인데, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 광학 필름의 접촉각을 감소시키는 방법은 다음의 단계를 포함한다:

a, 아세트산 부티르산 셀룰로오스(CAB)(20)를 염 세정 용기에 넣어서 수산화칼륨과 같은 염 세정액으로 세척하는 단계;

b, 물 세정 용기에 넣어서 순수한 물로서 원 필름(20) 표면의 염 세정액을 세척하는 단계;

c, 아세트산 부티르산 셀룰로오스(CAB)(20)를 산 세정 용기에 넣어서 황산과 같은 산 세정액으로 세척하는 단계;

d, 순수한 물로 원 필름(20) 표면의 산 세정액을 세척하는 단계;

e, 진공 열처리기로 건조하는 단계.

전술한 a ~ e단계와 트리아세테이트 셀룰로오스(TAC)에 대한 전처리 과정은 동일한 것인데, 원 필름(20) 표면 상의 미세한 이물질을 제거함으로써, 상기 미세한 이물질이 적층시 미칠 수 있는 영향을 제거하는 것이다.

f, 건조된 원 필름(20)을 일정 시간 동안 정치(靜置)하는 단계;

g, 저온 플라즈마 처리를 하여 광학 필름(20)의 표면 분자의 표면 결합구조를 변화시킴으로써 필름 표면의 접촉각도를 감소시키는 단계.

상기 g 단계의 저온 플라즈마 처리를 상세하게 설명하면 다음과 같다:

전자는 높은 전기장을 걸어주게 되면 가속되어 운동에너지가 증가하게 되는데, 이렇게 높은 에너지를 갖는 전자를 활성화된 전자(energetic electron)라고 한다. 활성화된 전자는 이동 과정 중에 기체 분자와 충돌하게 되는데, 충돌시 에너지가 전이된다. 상기 충돌 방식은 크게 탄성 충돌(elastic collision)과 비탄성 충돌(inelastic collision) 2가지로 대별된다. 활성화된 전자와 기체 분자가 탄성 충돌할 경우, 에너지 전이량과 질량은 반비례하게 된다:

예를 들어, E_e=5eV이라 할 때, 산소 기체(M_w=32)가 받아들일 수 있는 에너지는 0.00004eV보다 작고, 가장 작은 수소 분자(M_w=2) 역시 0.005eV의 에너지만을 받 아들일 수 있다. 상기 사실을 통해 알 수 있는 바와 같이, 탄성 충돌이 진행되는 동안, 전자는 매우 작은 에너지만을 기체 분자에 전이시킬 수 있게 되는데, 상기 에너지는 너무 작아서 임의의 기체 분자를 이원화시키거나 해리시킬 수 없다. 만일 전자와 기체 분자가 비탄성 충돌을 하게 된다면, 전자의 운동 에너지는 거의 백분의 백을 기체 분자의 내부 에너지로 전이시킬 수 있는데, 상기 에너지가 충분하다면, 기체 분자를 여기(exitation), 해리(dissociation) 또는 이원화(ionization)시켜 준안정 분자(metastable), 자유기(radical) 또는 이온(ion) 등 활성이 높은 입자로 전환시키게 된다. 이러한 종류의 전자, 자유기, 이온, 여기상태의 분자 및 기체 분자가 동시에 존재하는 상태를 전장(電漿) 상태라고 일컫는다.

전장(電漿) 중의 입자는 전하의 성질에 따라서 (a) 양전하를 가진 이온(positive ion); (b) 음전하를 가진 전자(electron) 및 음이온(negative ion); (c) 중성의 원자(atom), 자유기 및 준안정 상태의 입자(metastable particle) 등 3가지 종류로 구분된다. 만일 2개의 전극 사이에 높은 압전기가 설치될 경우, 상기 전위차는 2가지의 전극 사이에서 전기장을 생성하게 되는데, 상기 공간 내에서 전기를 띤 입자는 전기장의 영향을 받아 즉시 가속되는데, 가속 과정 중에서 에너지(운동 에너지)를 흡수하여 중성 입자가 됨으로써 전기장의 영향을 받지 않게 된다. 질량의 크기에 대하여 언급을 하자면, 전자는 모든 전하 입자 중에서 질량이 가장 작은 데(m_H/m_e=1840), 질량이 작기 때문에 전기장에 의한 가속 반응이 다른 전하 입자와 비교하여 매우 크게 되고, 따라서 전장(電漿) 중의 전자의 평균 속도는 기타 전하 입자보다 훨씬 빠르다. 상기와 같이 전장(電漿) 중의 입자 사이에 속도의 차이가 있는 상황 하에서, 입자들은 매우 용이하게 비탄성 충돌을 하게 되고, 충돌로 인한 에너지 전이는 입자 사이의 화학 반응을 가속시킨다.

최근 들어, 전장(電漿)의 원리를 이용한 기체 상태의 산화법, 예를 들어 전자선법(Electron Beam), 코로나 방전법(Corona Discharge), 극초단파법(Microwave), 무선 주파법(Radio Frequency, RF), 유전체 장벽 방전법(Dielectric Barrier Discharge, DBD) 등에 의해 기체 상태의 오염 물질을 제거하는 연구가 계속해서 발표되고 있다. 그 중, 극초단파법과 무선 주파법의 조작 과정은 저 전압의 조건 하에서 적용된다. 전자선법, 코로나 방전법 및 유전체 장벽 방전법은 상압(常壓)하에서 효과적으로 방전이 진행된다. 전장(電漿) 시스템 중 양 전극 사이에 충분한 고전압이 걸리게 되면, 높은 전기장이 생성되고, 반응기 공간 내의 전하 입자가 가속되어 운동 에너지를 얻게 된다. 전자의 질량은 매우 작기 때문에, 그 속도가 전기장 중의 다른 입자에 비해서 훨씬 빠르다. 이러한 속도 차이에 의해서 입자 사이에는 비탄성 충돌이 용이하게 발생하여, 고활성의 자유기가 생성되고, 화학 반응이 진행된다.

본 발명에 따른 실시예는 상압 상태하에서 작업을 할 수 있는 코로나 방전법(Corona Dischage)을 채택하고 있다. 작업 압력을 높이기 위해서는 상대적으로 전기장의 크기를 증가시켜야 되는데, 일반적으로 높은 압력과 높은 전기장의 조건하에서는 방전이 비교적 불안정하게 되어, 국부적으로 전기 아크(arc)가 발생할 수 있다. 방전의 불안정 현상을 감소시키기 위해서, 일부 반응기를 비대칭(asymmetric) 전극으로 조합하여 방전을 안정시키게 된다. 코로나 방전 반응기의 설계는 주로 전원 공급 형식에 따라서 직류 코로나(DC corona), 여정(與正), 펄스 코로나(pulsed corona) 등으로 나뉘어진다.

본 발명이 사용하는 코로나 방전법의 사용 조건은 전압 500와트(W), 필름 표면 거리 약 1cm, 처리 속도 약 1.4m/min이 되는데, 아세트산 부티르산 셀룰로오스(CAB) 원 필름(20)의 표면으로 하여금 고활성의 자유기를 생성하도록 하여 관련 화학 반응의 진행을 촉진시켜, 원 필름 표면을 거칠게 하여 필름 표면의 접촉각을 감소시킨다. 도 4에 도시된 데이터는 표면의 이물질을 제거하는 전처리 과정을 거친 후 다시 코로나 방전법으로 표면을 거칠게 하는 단계(g)에서 측정한 것인데, 접촉각을 수동 또는 반자동 중에 어느 것으로 계산하든지 간에 아세트산 부티르산 셀룰로오스의 접촉각 평균이 모두 임계 각도 35°보다 작게 되어, 후속되는 적층 제작 과정 중 박리 현상에 의해 적층이 실패하는 것을 방지하게 된다.

본 발명이 사용하고 있는 저온 플라즈마 처리에 의하여 접촉각을 감소시키는 방법은 시간적 한계가 있는 것으로, 일시적으로 원 필름 표면 분자의 표면 결합 구조를 변화시켜 접촉각을 낮춘 후에는 일정 시간이 지나면 원래 필름 표면의 분자 결합 상태로 회복되는 것이다.

그 밖에, 본 발명은 아세트산 부티르산 셀룰로오스(CAB)에 대하여 이물질을 세척하는 전처리 과정을 생략했을 때, 접촉 각도를 낮출 수 있는지 여부에 대하여 시험을 하였다. 도 4에서 그 결과를 보여주고 있는데, 아세트산 부티르산 셀룰로오스(CAB)에 대하여 전처리 과정을 생략하고 직접 코로나 방전을 하여 표면을 거칠게 한 경우에도(g 단계), 전술한 방법과 동일하게 접촉 각도를 감소시키는 목적이 달 성된다는 사실을 발견하게 되었다.

본 발명은 또한 코로나 방전법에 의하여 접촉 각도를 감소시키는 것이 시간적 한계가 있다는 사실을 발견하게 되었다. 코로나 방전법은 일시적으로 원 필름 표면 분자의 표면 결합 구조를 변화시키기 때문에, 상기 원 필름의 표면 분자의 결합 구조는 일정 시간 후에 다시 회복된다. 따라서, 분자 구조가 회복되기 전에 필요한 처리를 완성하고 적층을 하여야 한다. 적층된 후의 원 필름은 당초의 표면 분자 결합 구조로 회복되어, 영구적으로 유리에 부착되어 벗겨지지 않게 된다.

상술한 내용은 본 발명의 일실시예로써, 이는 본 발명의 청구범위를 제한하지는 않는다. 동시에, 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 상술한 내용을 숙지함으로써 본 발명의 사상과 범위에서 이탈되지 않으면서도 다양한 변형예를 구현하거나 실시할 수 있다는 것이 명백할 것이다.

본 발명이 제공하는 광학 필름의 접촉각을 감소시키는 방법은 광학 필름의 제조 과정에서 원 필름을 트리아세테이트 셀룰로오스(TAC)에서 아세트산 부티르산 셀룰로오스(CAB)로 대체할 경우에 전처리 과정에서 접촉각이 커지고 용이하게 박리 현상이 발생되는 문제점을 해결함으로써, 국내의 광학 필름에 대한 경쟁력을 증진시키고 있다.

Claims

광학 필름에 대하여 저온 플라즈마 처리를 하여 광학 필름의 표면 분자의 표면 결합구조를 변화시킴으로써 필름 표면의 접촉각도를 감소시키는 단계 및

상기 저온 플라즈마 처리를 하기 전에 상기 광학 필름에 대하여 염 세정액, 산 세정액 및 순수한 물로 그 표면을 세정함으로써 광학 필름 표면의 미세한 이물질을 제거하는 단계를 포함하고,

상기 광학 필름은 아세트산 부티르산 셀룰로오스(Cellulose acetate butyrate; CAB)를 원료로 하여 제작되고,

상기 염 세정액은 수산화칼륨이며,

상기 산 세정액은 황산인 것을 특징으로 하는 광학 필름의 접촉각을 감소시키는 방법.
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a, 광학 필름에 대하여 염 세정액, 산 세정액 및 순수한 물로 그 표면을 세정함으로써 광학 필름 표면의 미세한 이물질을 제거하는 단계;

b, 상기 광학 필름을 건조 처리하되, 일정 시간 동안 정치(靜置)하는 단계;

C, 저온 플라즈마 처리를 하여 광학 필름의 표면 분자의 표면 결합구조를 변화시킴으로써 필름 표면의 접촉각도를 감소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 필름의 접촉각을 감소시키는 방법.
제 6항에 있어서,

상기 광학 필름은 아세트산 부티르산 셀룰로오스(Cellulose acetate butyrate; CAB)를 원료로 하여 제작되는 것을 특징으로 하는 광학 필름의 접촉각을 감소시키는 방법.
제 6항에 있어서,

상기 염 세정액은 수산화칼륨인 것을 특징으로 하는 광학 필름의 접촉각을 감소시키는 방법.
제 6항에 있어서,

상기 산 세정액은 황산인 것을 특징으로 하는 광학 필름의 접촉각을 감소시키는 방법.
표면의 접촉각을 감소시키도록 코로나 방전법으로 처리된 표면을 포함하는 광학 필름으로서,

상기 코로나 방전법으로 처리된 광학 필름의 표면은 편광판에 부착되고,

상기 광학 필름은 아세트산 부티르산 셀룰로오스(Cellulose acetate butyrate; CAB)를 원료로 하여 제작되는 것을 특징으로 하는 광학 필름.
제1항에 있어서,

상기 광학필름의 표면은 코로나 방전법으로 처리되고,

상기 코로나 방전법의 사용 조건은 전압 500와트(W), 처리 속도 1.4m/min인 것을 특징으로 하는 광학 필름의 접촉각을 감소시키는 방법.
제6항에 있어서,

상기 광학필름의 표면은 코로나 방전법으로 처리되고,

상기 코로나 방전법의 사용 조건은 전압 500와트(W), 처리 속도 1.4m/min인 것을 특징으로 하는 광학 필름의 접촉각을 감소시키는 방법.
제10항에 있어서,

상기 코로나 방전법의 사용 조건은 전압 500와트(W), 처리 속도 1.4m/min인 것을 특징으로 하는 광학 필름.