KR100938342B1 - 편광판 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 (a) 캐리어(carrier) 필름 상에 UV경화 또는 열경화 수지를 코팅하여 수지층을 형성하는 단계, 및 (b) 상기 수지층을 편광자층과 접착시키는 단계를 포함하는 편광판의 제조방법 및 그에 따라 제조된 편광판, 이를 포함하는 화상표시장치를 제공한다.
캐리어필름, 편광자 보호층, 편광판

Description

편광판 및 이의 제조방법{Polarizer and Production Process thereof}
본 발명은 편광자 보호층을 포함하는 편광판의 제조방법 및 그에 따라 제조된 편광판에 관한 것이다.
편광판은 일반적으로 폴리비닐알코올(PVA)계 분자사슬이 일정한 방향으로 배향되고 요오드계 화합물 또는 이색성 편광물질을 포함하는 구조를 갖거나, 폴리비닐알코올 필름의 탈수 반응 또는 폴리비닐클로라이드(PVC) 필름의 탈염산 반응에 의하여 형성된 폴리엔(polyene) 구조를 갖는 편광자에, 보호필름으로서 트리아세틸 셀룰로오스 필름(triacetyl cellulose 필름, 이하 TAC 필름)을 폴리비닐알코올계 수용액으로 이루어진 수계 접착제로 적층시킨 구조를 갖는다.
도 1은 TAC를 이용한 종래의 편광판 제조방법을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1에 나타난 바와 같이, 종래 TAC를 이용한 편광판의 제조에는 면상 위상차가 없는 TAC 재료를 사용하고, TAC의 접착을 위해서 표면 검화 처리 과정을 거친 후, 수용성 PVA 접착제에 의하여 열접착 과정을 거친다. 이와 같이 제조되는 편광판의 경우, 편광자 보호층의 재료가 편광자와 접착이 용이한 TAC로 한정되고, 제조과정에서 파단의 염려가 있어 박막형태의 TAC 적용에 어려움이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 보호필름으로서 에폭시아크릴레이트 수지를 필름형태로 하여 편광자 상에 적층하거나(일본 특개2007-47498), 편광판 보호필름으로서 아크릴계 수지층을 사용하거나(일본 특개2006-284882), 아크릴계 수지층에 열가소성 수지층을 적층하거나 블렌딩하여 편광판 보호시트로 하는 방법(일본 특개2004-126546, 일본 특개2006-215463) 등이 제안되고 있다.
그러나 상기 방법들은 아크릴계 수지가 가지고 있는 본래의 고내열성, 고투명성이 충분히 반영되지 못하거나 복잡한 적층체 구조를 가지고 있는 문제가 있다. 따라서, 제조과정에서 보호필름의 파단문제로 인하여 40㎛ 이하의 박막형태로 제조가 어렵고, 디스플레이의 바깥쪽에 사용되는 편광판의 경우에는 별도의 표면처리를 필요로 하므로 제조비용이 상승하는 문제가 있다.
본 발명은 별다른 표면처리 코팅없이 종래의 표면처리된 편광자 보호층과 동일한 표면처리효과를 가져올 뿐만 아니라, 두께 조절이 용이하여 박막형 편광판을 제공할 수 있는 편광자 보호층을 포함하는 편광판 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 (a) 캐리어(carrier) 필름 상에 UV경화 또는 열경화 수지를 코팅하여 수지층을 형성하는 단계, 및 (b) 상기 수지층을 편광자층과 접착시켜 편광자 보호층을 형성하는 단계를 포함하는 편광판의 제조방법을 제공한다.
또한, 필요에 따라 (c) 상기 (b)단계 후에 캐리어 필름을 제거하는 단계를 추가로 포함하는 편광판의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다른 실시 상태로서 캐리어 필름 및 캐리어 필름 일면에 코팅 및 경화하여 형성되는 수지층을 포함하는 편광자 보호필름을 제공한다.
또한, 상기 편광자 보호필름이 편광자의 일면 또는 양면에 포함하는 편광판 및 상기 편광판을 포함하는 화상표시장치를 제공한다.
본 발명에 따르면 보호층의 재료에 특별한 한정없이 두께 조절이 임의로 가능하여 박막형태가 가능한 편광자 보호층을 포함하는 편광판 및 그 제조방법을 제공할 수 있다. 또한, 표면처리 등을 생략하여 공정의 간소화 및 비용절감의 효과를 나타내는 편광판 및 화상표시장치를 제공할 수 있다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명은 (a) 캐리어(carrier) 필름 상에 UV경화 또는 열경화 수지를 코팅하고 경화하여 수지층을 형성하는 단계, 및 (b) 상기 수지층을 접착제를 사용하여 편광자층과 접착시키고 경화하여 편광자 보호층을 형성하는 단계를 포함하는 편광판의 제조방법이다.
또한, 필요에 따라 (c) 상기 (b)단계 후에 캐리어 필름 박리장치를 이용하여 캐리어 필름을 제거하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 편광자 보호층이 UV경화 또는 열경화 수지를 경화시켜 형성되므로 면상 또는 두께방향 모두 위상이 거의 없다. 또한, 코팅방식에 의하여 캐리어 필름 상에 수지층을 형성하므로 두께 조절이 가능하여 3 ~ 80 ㎛의 두께로, 바람직하게는 3 ~ 40 ㎛의 두께로 초박막 형성이 가능하다. 편광자 상에 직접 보호층을 형성하는 경우 제조과정에서 파단의 문제가 발생할 수 있지만, 본 발명에 따르면 캐리어 필름이 지지체 역할을 하여 이를 방지할 수 있다.
상기 UV경화 또는 열경화 수지의 코팅은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 그라비어 코팅, 마이크로그라비어 코팅, 립 다이 코팅, 콤마 코팅 및 바 코팅 등 코팅 균일성을 부여할 수 있는 코팅방법을 사용하여 수행될 수 있다.
또한, 보호필름으로 TAC가 사용되는 경우와 같이 접착을 위한 검화과정을 필요로 하지 않고, UV 경화 또는 열경화 방법에 의해 편광자와 보호층을 접착하므로 접착제 선택의 폭을 넓힐 수 있다.
상기 캐리어 필름으로는 라미 합판이 가능한 유연한 플라스틱 소재로, 특별히 한정되는 것은 아니지만, PET, COP(cyclo olefin polymer), PC, TAC 및 PES(polyethersulphone)인 것이 바람직하다.
필요에 따라 편면 또는 양면에 보호층과 캐리어 필름의 분리가 용이하도록 프라이머층이 형성된 캐리어 필름을 사용할 수 있다. 이 경우, 상기 프라이머층으로는 아크릴계 또는 우레탄계 수지 코팅층에 실리콘계 아크릴수지를 0.1~3.0중량% 미만으로 첨가하는 것이 바람직하다.
캐리어 필름에 코팅되는 상기 수지로는 UV경화 및 열경화가 가능한 것이라면 특별히 한정되는 것은 아니다.
UV경화용 수지로는 아크릴계, 우레탄계, 비닐계 및 에폭시계 등의 수지를 단량체 또는 고분자 형태로 혼합하여 사용할 수 있고, 380 ~ 440 nm의 파장영역에서 광개시가 가능할 수 있도록 2,4,6-트리메틸벤조일 포스핀옥사이드(2,4,6-Trimethylbenzoyl phosphine oxide)와 같은 장파장 광개시제를 0.5 ~ 5.0 중량% 첨가할 수 있다. 이 경우 UV경화 램프로는 메탈할라이드 및 수은 램프를 사용할 수 있다. 또한, 단파장 광개시제로 상용화된 벤조페논계 화합물을 상기 장파장 광개시제와 1:1로 혼합하여 사용할 수 있다.
UV경화 필름 형성을 위해서는 캐리어 필름상에 상기 수지를 코팅 후 50~80℃에서 1~ 3분 건조 후 700 ~ 2000 mJ/㎠의 광량으로 2~3회에 걸쳐 나누어 자외선을 조사하는 것이 바람직하다.
열경화 수지로는 아크릴계, 비닐계, 에폭시계 및 에스테르계 수지를 단량체 또는 고분자 형태로 혼합 사용할 수 있으며, 열경화 개시제로는 상용화된 퍼옥사이드계 유기 과산화물을 사용할 수 있다.
열경화 필름 형성을 위해서는 캐리어 필름상에 상기 수지를 코팅 후 90℃~120℃ 사이 온도에서 3분 ~ 5분 정도 건조하여 필름을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 수지에 자외선 차단제, 자외선 흡수제, 슬립(slip)제, AS(antistatic)기능제 및 반사방지 첨가제 등의 기능제를 추가로 혼합할 수 있다.
상기 자외선 흡수제로는 380nm의 자외선 흡수가 5%이하가 될 수 있도록 하기 위한 것이라면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 티누빈(Tinuvin)계, 시아조브(Cyasorb)계 및 벤조페놀계가 바람직하다. 이 경우 전체 조성물에 대해 3 ~ 10 중량%의 비율로 혼합한다.
슬립향상을 목적으로 하는 경우, 실리콘계, 불소계 및 아크릴계 수지를 사용할 수 있고, 배합과정에서 상분리가 발생하지 않도록 레벨링제를 추가할 수 있다. 상기 레벨링제로는 실리콘계, 불소계 및 아크릴계 화합물을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 수지층이 편광판의 최외각층으로 노출되어 표면처리층 역할을 하는 경우, 먼지나 이물 등이 쉽게 부착되지 않도록 해야 한다. 이를 위하여 수지액 배합시 제전성(antistatic) 기능을 부여 할 수 있다. 상기 제전성을 부여하기 위해서 계면활성제, ITO, 산화아연 및 티오펜 등의 전도성 첨가제를 사용할 수 있다.
또한, 반사방지를 목적으로 PMMA 비드(bead) 및 AG용 실리카 등을 첨가할 수 있으며, 필요한 경우 요철이 구비된 캐리어 필름을 사용하여 경화수지 필름 표면의 반사방지 효과를 얻을 수 있다.
상기 수지층과 편광자층의 접착을 위해 사용되는 접착제로는 UV경화 접착제 및 열경화 접착제를 모두 사용할 수 있다. 특히, UV경화 접착제를 사용할 경우, 수지층과의 접착이 용이하여 접착효율을 향상시킬 수 있다. 상기 UV경화 접착제로는 아크릴계, 에폭시계, 아크릴산계 및 우레탄계 등의 단량체 및 올리고머를 혼합하여 사용할 수 있으며, 장파장대에서 광개시가 가능하도록 TPO 등을 추가할 수 있다.
UV경화형 접착램프는 메탈할라이드 및 수은램프를 사용할 수 있으며, 한번에 많은 광량을 조사할 경우 편광판의 변형 염려가 있으므로 500 ~ 3000 mJ/㎠의 광량으로 수회에 걸쳐 반복 조사한다.
상기 열경화성 접착제의 경화제로는 폴리우레탄계, 폴리에스터계, 멜라민계, 아민계 및 아크릴계 가교제를 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 열경화 접착의 경우는 건조를 2단계로 나누어 진행하는 것이 바람직하다. 즉, 1차로 70℃~110℃ 사이에서 3~5분 건조 후 캐리어 필름을 박리하고 2차 열처리를 동일 온도조건으로 반복 진행하고 이후 30℃ 에이징(aging) 처리하여 접착력을 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 필요에 따라 캐리어 필름을 편광판의 보호필름으로 대용할 수 있으며, 편광자 보호층의 표면 경도가 높을 경우 별도의 하드 코팅없이 선명한 표면처리 코팅 기능을 발휘할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시상태로서, 도 3에 나타낸 바와 같이, 캐리어 필름 및 그 일면에 코팅 및 UV경화 또는 열경화에 형성된 수지층을 포함하는 편광자 보호필름을 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시상태로서, 도 4에 나타낸 바와 같이, 편광자, 상기 편광자의 일면 또는 양면에 접착제를 사용하여 적층되는 편광자 보호필름 및 필요에 따라 박리가능한 캐리어 필름을 포함하는 편광판을 제공한다.
이하, 본 발명을 하기 실시예를 통하여 더욱 구체적으로 설명하지만, 하기 실시예는 본 발명을 예시할 뿐, 본 발명의 보호범위가 하기 실시예에만 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
폴리비닐알코올(PVA)계 분자를 일정한 방향으로 5배 연신하고 요오드계 화합물에 함침한 후 100℃에서 수분을 건조하여 편광소자를 제조하였다.
이소프로필 알코올 및 아세톤을 8:2로 혼합한 용매에 에폭시 아크릴레이트(Bisphenol-A Epoxy Diacrylate) 수지를 용해하여 50중량%로 만들고, 약 2시간 교반을 실시한 후 200mesh 마이크로 그라비어 코터로 캐리어 필름인 두께 50㎛의 폴리에스터 필름에 코팅을 실시하였다.
상기 코팅된 폴리에스터 필름을 건조온도 50~80℃에서 약 2분간 건조하고 자외선 광량 900 mJ/㎠의 광량을 2회에 걸쳐 나누어 조사하여 약 27㎛ 두께의 수지필름을 형성하였다. 편광소자와 편광판 보호필름 접합을 위하여 접착제로써 아크릴산계 UV 경화형 접착제를 사용하고 편광소자와 캐리어 필름상에 형성되어 있는 수지 필름 사이에 접착제를 주입하여 합판한 후에 메탈할라이드 램프를 사용하여 자외선 1200 mJ/㎠ 광량을 4회에 걸쳐 나누어 조사하여 접합하였다. 접합이 완료된 직후 캐리어 필름을 박리하고 편광판을 완성하였다.
비교예 1
실시예 1의 방법으로 제조된 편광소자 상에 편광자 보호필름으로서 외곽쪽은 일반적인 트리아세틸셀룰로오스(triacetyl cellulose) 필름을 사용하고 그 반대쪽 편광자 안쪽은 위상값이 10nm 이하인 트리아세틸 셀룰로오스필름을 적층하였다. 편광소자와 보호필름의 접합을 위하여 트리아세틸 셀룰로오스 표면의 표면에너지를 높혀주기 위한 전처리 공정으로써 NaOH 3% 가성소다용액에 함침하여 2분간 전처리하였다. 접착제로써는 폴리비닐알코올계 수용액으로 이루어진 수계 접착제로 적층시켜 건조온도 80~100℃에서 4분간 건조한 후 30℃ 챔버에서 48시간 동안 에이징(aging) 하였다.
실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 보호필름 및 편광판의 물리적 특성을 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 비교예
보호필름 두께(㎛) 27 40
투과도(%) 92.1 92.0
헤이즈(Haze) 1.2 0.9
Rin(nm) 0.6 1~2
Rth(nm) 2.6 5
재료 TAC
작업성(파단) 양호 양호
편광판 두께(㎛) 98 140
단체투과율(%) 41.0 41.2
평행투과율(%) 34.3 35.2
직교투과율(%) 0.004 0.007
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따르면 박막형태의 보호필름 및 편광판의 제조가 가능하며, TAC보호필름에 비하여 작은 면방향 위상차(Rin) 및 두께방향 위상차(Rth) 값을 보임을 알 수 있다.
도 1은 TAC를 이용한 종래의 편광판 제조방법을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시상태에 따른 편광판 제조방법을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시상태에 따른 편광자 보호필름의 구조를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시에 따른 편광판의 구조를 나타낸 것이다.

Claims (14)

  1. (a) 캐리어(carrier) 필름 상에 아크릴계, 우레탄계, 비닐계 및 에폭시계 수지 중에서 선택된 하나 이상의 단량체 또는 고분자 형태의 UV경화 수지 또는 아크릴계, 비닐계, 에폭시계 및 에스테르계 수지 중에서 선택된 하나 이상의 단량체 또는 고분자 형태의 열경화 수지를 코팅하여 수지층을 형성하는 단계, 및 (b) 상기 수지층을 접착제를 사용하여 편광자층과 접착시켜 편광자 보호층을 형성하는 단계를 포함하는 편광판의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서, (c) 상기 (b)단계 후에 캐리어 필름을 제거하는 단계를 추가로 포함하는 편광판의 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 캐리어 필름은 PET, COP(cyclo olefin polymer), PC, TAC 및 PES(polyethersulphone) 중에서 선택되는 것인 편광판의 제조방법.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 UV경화 또는 열경화 수지의 코팅은 그라비어 코팅, 마이크로그라비어 코팅, 립 다이 코팅, 콤마 코팅 및 바 코팅 중에서 선택된 하나 이상의 방법에 의해서 수행되는 것인 편광판의 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 수지층은 3 ~ 80 ㎛의 두께로 코팅되는 것인 편광판의 제조방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 수지층은 3 ~ 40 ㎛의 두께로 코팅되는 것인 편광판의 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 UV경화 또는 열경화 수지에 추가적으로 자외선 차단제, 자외선 흡수제, 슬립(slip)제, AS(antistatic)기능제 및 반사방지제 중에서 선택된 하나 이상의 첨가제를 혼합하여 사용하는 편광판의 제조방법.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 접착제는 아크릴계, 에폭시계, 아크릴산계 및 우레탄계 수지 중에서 선택된 하나 이상의 단량체 또는 올리고머를 혼합하여 사용하는 것인 편광판의 제조방법.
  10. 캐리어 필름; 및 그 일면에 아크릴계, 우레탄계, 비닐계 및 에폭시계 수지 중에서 선택된 하나 이상의 단량체 또는 고분자 형태의 UV경화 수지 또는 아크릴계, 비닐계, 에폭시계 및 에스테르계 수지 중에서 선택된 하나 이상의 단량체 또는 고분자 형태의 열경화 수지를 코팅한 후 UV경화 또는 열경화에 의해 형성된 수지층을 포함하는 편광자 보호필름.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 수지층은 UV경화 또는 열경화 수지에 자외선 차단제, 자외선 흡수제, 슬립(slip)제, AS(antistatic)기능제 및 반사방지제 중에서 선택된 하나 이상의 첨가제를 혼합하는 것을 특징으로 하는 편광자 보호필름.
  12. 편광자의 일면 또는 양면에 접착제를 도포하고, 청구항 10에 따른 편광자 보호필름을 적층한 후, 상기 접착제를 UV 경화 또는 열경화 처리하여 형성되는 편광판.
  13. 편광자의 일면 또는 양면에 접착제를 도포하고, 청구항 10에 따른 편광자 보호필름을 적층한 후, 상기 접착제를 UV 경화 또는 열경화 처리하고 캐리어 필름을 박리하여 형성되는 편광판.
  14. 청구항 12 또는 청구항 13에 따른 편광판을 포함하는 화상표시장치.
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