KR100953265B1

KR100953265B1 - 영(0)의 파장 분산성을 가지면서도 면내 위상차 값이균일한 위상차 필름 및 양(+)의 파장 분산성을 가지는 적층광학 필름

Info

Publication number: KR100953265B1
Application number: KR1020080055062A
Authority: KR
Inventors: 이호영; 김주한; 김영중; 김병우; 주기성
Original assignee: 주식회사 화승인더스트리
Priority date: 2008-06-12
Filing date: 2008-06-12
Publication date: 2010-04-16
Also published as: CN101612789A; TW200951535A; JP2009301036A; CN101612789B; US20090312514A1; US8277950B2; TWI457635B; JP4827949B2; KR20090129010A

Abstract

본 발명은 영(0)의 파장 분산성을 가지면서도 면내 위상차 값이 균일한 위상차 필름 및 양(+)의 파장 분산성을 가지는 적층 광학 필름에 대한 것으로, 아이소택틱 인덱스(isotactic index)가 85% 이상인 호모 폴리프로필렌 수지로 제조되어 영(0)의 파장 분산성을 가지면서도 특정 부위에서의 면내 위상차(Re) 값이 평균값 대비 ±5nm 범위 내의 균일성을 가지는 것을 특징으로 하고, 또한 이와 같이 영(0)의 파장 분산성을 가지는 위상차 필름에 음(-)의 파장 분산성을 가지는 다른 위상차 필름을 적층시켜서 양(+)의 파장 분산성을 가지는 적층 광학 필름을 제조하는 것이다.

면내 위상차, 위상차 필름, 폴리프로필렌

Description

영(0)의 파장 분산성을 가지면서도 면내 위상차 값이 균일한 위상차 필름 및 양(+)의 파장 분산성을 가지는 적층 광학 필름{Retardation Film Having Uniform In-plane Phase-Difference Value and Laminated Optical Film Having Positive Dispersibility In Wavelength}

본 발명은 호모 폴리프로필렌 수지로 제조되는 광학 필름에 대한 것으로, 특히 영(0)의 파장 분산성을 가지면서도 면내 위상차 값이 균일한 위상차 필름 및 양(+)의 파장 분산성을 가지는 적층 광학 필름에 대한 것이며, 더욱 상세하게는 내구성이 뛰어나고 영(0)의 파장 분산성을 가지면서도 면내 위상차 값이 균일한 위상차 필름 및 가시광선 영역 전체에서 광대역 이론값에 더욱 근접한 양(+)의 파장 분산성을 가지는 적층 광학 필름에 대한 것이다.

종래부터 위상차 필름은 목적하는 광학적 특성에 따라 단독 중합되거나 공중합된 다양한 종류의 폴리머 수지를 재료로 사용하였다.

그 중에서도 폴리프로필렌계 수지는 일반적으로 중합시 사용되는 공중합체의 종류와 그 구조에 따라 호모 폴리머, 랜덤 공중합체 및 블록 공중합체로 구분되고, 분자사슬이 가진 입체 규칙성에 따라 아이소택틱, 신디오태틱 및 어태틱으로 나뉘어 지는데, 폴리프로필렌계 수지를 사용하여 광학 이방성 필름을 제조하는 종래의 기술에 있어서는 수지재료로써의 투명성 및 광학 이방성 제어가 상대적으로 용이한 이유로 입체규칙성이 없거나 극히 낮은 에틸렌-프로필렌 공중합체 수지와 같은 무정형 또는 저결정성 랜덤 및 블록 공중합체를 사용하는 것이 일반적이었다.

그러나, 수지 재료로써 상기와 같은 에틸렌-프로필렌 공중합체 등을 사용할 경우, 상기 공중합체 수지의 무정형 또는 저결정성 특성 때문에 강성(stiffness) 및 인장강도 등의 기계적 강도가 낮은 문제점이 있고, 이로 인해 실제 제품으로 만드는 경우에는 필름의 두께를 두껍게 할 수밖에 없으며, 이것은 필름의 투명성 저하를 가져온다. 또한, 공중합체인 수지 특성으로 인해 융점이 낮아 고온 및 연속 사용시에는 내열성이 문제되고, 상대적으로(프로필렌 단독 중합체인 호모 폴리프로필렌 수지 대비) 분자량이 작아 높은 용융흐름속도(MFR)를 가질 뿐만 아나라 연신과 배향 가공성이 낮아(예컨대, 연신비가 높아지거나 연신속도가 빨라지면 필름이 파단에 이르는 등의 문제 발생) 목표로 하는 임의의 광학 이방성을 충분히 제공할 수 없으며, 고속 및 대량 생산에 부적합한 문제점이 있는 등 상업적으로 이용하는데 한계가 있다.

한편, 모바일 기기 및 옥외 광고용 모니터 등의 새로운 용도에 적합한 반사형 및 반투과형 액정표시장치나 광 디스크용 픽업 등의 분야에서는 가시광선 전체 영역(400~800 nm)에 있어서, 특정 위상차를 투과광의 각 분광 파장에 부여할 수 있는 광대역 위상차 필름이 필요하다. 예를 들면 각 분광 파장에 대해서도 동일하게 λ/4의 특정 위상차를 투과광에 제공하는 광대역 위상차 발현을 위하여, 투과되는 빛이 장파장이 될수록 위상차가 증가하는 특성을 나타내는 광학 필름이 필요하다.

본 발명의 목적은, 아이소택틱 인덱스(isotactic index)가 85% 이상인 호모 폴리프로필렌 수지로 제조되어 영(0)의 파장 분산성을 가지면서도 특정 부위에서의 면내 위상차(Re) 값이 평균값 대비 ±5nm 범위 내의 균일성을 가지는 것을 특징으로 하는 면내 위상차 값이 균일한 위상차 필름을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 영(0)의 파장 분산성을 가지는 위상차 필름에 음(-)의 파장 분산성을 가지는 다른 위상차 필름을 적층시킴으로써, 가시광선 영역 전체(400~800 nm)에 걸쳐서, 예를 들면 각 분광 파장에 대해서도 동일하게 1/4 만의 위상차(λ/4 위상차)를 투과광에 제공하는 광대역 위상차 발현을 위해 양(+)의 파장 분산성을 가지는 적층 광학 필름을 제공하는 것이 목적이다.

먼저, 본 발명에 따라 면내 위상차 값이 균일한 위상차 필름은, 아이소택틱 인덱스(isotactic index)가 85% 이상인 호모 폴리프로필렌 수지가 연신되어 이루어진 것으로, 특정 부위에서 하기 [수학식 I]에 따른 면내 위상차(Re) 값이 평균값 대비 ±5nm 범위 내의 균일성을 가지는 것을 특징으로 한다.

[수학식 I]

Re = ( n _x - n _y )×D

(여기서, n _x 는 필름의 면내에서 최대 굴절률을 나타내는 축(지상축) 방향의 굴절율이고, n _y 는 상기 지상축과 직교하는 방향의 굴절율이며, D 는 필름의 두께(nm)를 의미함).

여기서, 상기 호모 폴리프로필렌 수지는 1~15g/10min 범위 내의 용융흐름속도(Melt Flow Rate: MFR)를 가지는 것이 가능하다.

그리고, 본 발명은 상기 호모 폴리프로필렌 수지를 용융 및 혼련하고 압출시킨 다음에 냉각롤로 급냉하여 무연신 필름을 얻고, 상기 무연신 필름을 연신하여 얻어지며, 상기 냉각롤은 5~35℃ 범위 내의 표면 온도를 가지는 것일 수 있다.

또한, 이러한 본 발명에 따른 면내 위상차 값이 균일한 위상차 필름은, 하기 [수학식 II]에 따른 파장 분산비의 최대값 또는 최소값이 1±0.1 범위 이내이면서, 동시에 투과되는 빛이 장파장일수록 위상차가 단조 감소하거나 단조 증가하는 (0)파장 분산성을 가지는 것을 특징으로 하는 것도 가능하다.

[수학식 II]

파장 분산비 = Re / Re(550)

(여기서, Re 는 가시광선 영역(400~800nm)에서의 필름 면내 위상차(nm)이고, Re(550)는 550nm 파장에서의 필름 면내 위상차(nm)를 의미함)

본 발명의 다른 실시형태로써 양(+)의 파장 분산성을 가지는 적층 광학 필름은, 상기한 바와 같은 제1 위상차 필름에, 상기 [수학식 II]에 따른 파장 분산비의 최대값 또는 최소값이 1±0.1 범위를 초과하는 것으로, 투과되는 빛이 장파장일수록 위상차가 감소하는 음(-)의 파장 분산성을 가지는 제2 위상차 필름이 적층되어, 상기 [수학식 II]에 따른 파장 분산비의 최대값 또는 최소값이 1±0.1 범위를 초과하는 것으로, 투과되는 빛이 장파장일수록 위상차가 증가하는 양(+)의 파장 분산성을 가지는 것을 특징으로 한다.

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기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 이하, 본 발명의 구체적인 실시형태 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은, 아이소택틱 인덱스(isotactic index)가 85% 이상인 호모 폴리프로필렌 수지로 제조되어 파장 분산성이 극히 적은 영(0)의 파장 분산성을 가지면서도 특정 부위에서의 면내 위상차(Re) 값이 평균값 대비 ±5nm 범위 내의 균일성을 가지는 것을 특징으로 하는 면내 위상차 값이 균일한 위상차 필름을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 영(0)의 파장 분산성을 가지는 위상차 필름에 음(-)의 파장 분산성을 가지는 다른 위상차 필름을 적층시킴으로써, 가시광선(400~800nm) 영역 전체에 걸쳐서 {+}파장 분산성을 갖는 광대역 광학 이방성 라미네이트 폴리프로필렌 필름을 제공할 수 있다.

(기술적 정의)

"아이소택틱 인덱스(isotactic index)"는 아이소택틱도를 측정한 것으로써, 핵자기 공명(NMR) 측정 방법으로 측정한 메틸이 입체 정렬되어 있는 아이소택틱 5가 원소(pantad) 단위의 중량 %를 의미하며 백분율이 높을수록 아이소태틱도가 높다는 것을 의미한다.

"용융흐름속도(MFR)"는 ASTM D 1238에 따라 측정한 10 분당 그램(g/10min) 단위로 나타낸 용융 수지의 유량을 의미한다.

필름의 "면내 위상차(Re)"는 하기의 [수학식 I]에 의해 측정된 값을 의미한다.

[수학식 I]

Re = ( n _x - n _y )×D

또한, 필름의 면내 위상차(Re)는 투과광의 파장에 의존하여 분산되며, 필름의 "파장 분산비"는 하기 [수학식 II]에 의해 중심파장 550nm에서의 면내 위상차(Re) 값에 대한 각 분광 파장에서의 면내 위상차(Re) 분율을 의미한다.

[수학식 II]

파장 분산비 = Re / Re(550)

(여기서, Re 는 각 분광 파장에서의 필름 면내 위상차(nm)이고, Re(550)는 550nm 파장에서의 필름 면내 위상차(nm)를 의미함)

여기서, 필름의 광학 특성은 상기 파장 분산비의 증감정도에 따라 음(-), 영(0) 및 양(+)의 파장 분산성으로 나타낼 수 있다. 즉, 가시광선(400~800nm) 영역에 내에서 파장이 장파장이 됨에 따라, 면내 위상차 Re가 급격히 감소하면서 동시에 파장 분산비의 최대값 또는 최소값이 1±0.1의 범위를 벗어나면 "음(-)의 파장 분산성", 면내 위상차 Re가 완만히 단조 감소하면서 동시에 파장 분산비의 최대값 또는 최소값이 1±0.1의 범위 이내에 있거나 또는 상기 면내 위상차 Re가 완만히 단조 증가하면서 동시에 파장 분산비의 최대값 또는 최소값이 1±0.1의 범위 이내에 있으면 "영(0)의 파장 분산성", 그리고 면내 위상차 Re가 급격히 증가하면서 동시에 파장 분산비의 최대값 또는 최소값이 1±0.1의 범위를 벗어나면 "양(+)의 파장 분산성"을 갖는다고 할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 하나의 실시형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

대부분의 위상차 필름의 파장 분산성은 투과광의 진동수와 필름의 편극도 분산에 의해 영향을 받아 음(-)의 파장 분산성을 나타낸다. 이것은 일정한 편극도 및 유전 특성을 가진 위상차 필름에 투과광이 입사되면 다시 동일한 진동수의 새로운 빛이 출사되는데, 이때 높은 진동수의 빛(예컨대, 단파장 / 파랑)은 낮은 진동수(예컨대, 장파장 / 빨강 )의 빛보다 더 많은 에너지를 운반하기 때문에 더욱 효과적으로 분자들을 들뜨게 할 수 있으며, 이로 인해 편극도 분산이 발생하여 가시광선 영역(400~800nm / 파랑~빨강)에서 음(-)의 파장 분산성을 나타내는 것이다.

그러나, 특이하게도 폴리프로필렌은 영(0)의 파장 분산성을 나타내는데, 이는 비극성 고분자로써 상대적으로 유전 특성이 낮아 편극도 및 편극 분산성이 크지 않기 때문에 발현되는 특성이다. 이와 비교하여, 종래의 위상차 필름인 폴리설폰 필름은 강한 (-)파장 분산성을 나타내는데, 그 분자를 살펴보면 원자간 거리가 짧은 S=O 및 C=O 결합이 있는 동시에 다수의 벤젠링으로 구성되어 있어 높은 전자밀도를 갖기 때문에, 편극도가 높고 투과광의 진동수에 편승해 파장 분산을 크게 일으키기는 특성을 가진다.

이에 따라, 본 발명자들은 기본적으로 영(0)의 파장 분산성을 가지는 위상차 필름을 제조하고자, 편극도 분산성이 낮은 폴리프로필렌을 필름의 주원료로 사용하였다.

폴리프로필렌의 광학 이방성은 고분자 사슬의 편극도 이방성 및 유전 특성에 기인하지만, 성형·가공된 폴리프로필렌 필름은 필름 내의 분자구성이 결정형태로 질서 있게 또는 무정형 형태로 무질서하게 혼재된 상태로 분포되어 있어 서로 상쇄되므로 평균적인 편극도는 방향에 따라 크게 차이를 보이지 않는다. 그러나, 기계적인 연신 과정을 통해 폴리프로필렌의 고분자 사슬을 일정한 방향으로 규칙적으로 연신·배향시킬 경우에는 배향 방향으로 편극도가 증대되어 편극도 주축상의 3 방향의 굴절률 n _x , n _y 및 n _z 는 분자들의 배향 상태에 따라 달라지게 되므로, 본 발명자들은 이때의 연신 배율, 연신 온도, 필름 두께, 2축 연신일 경우 축각도 등을 정밀히 조작함으로써 배향 상태를 제어하여 원하는 수준의 광학 이방성을 얻고자 하였다.

폴리프로필렌계 수지 중에서도 하기 [화학식 I]의 프로필렌 단독 중합체인 아이소태틱 폴리프로필렌은 메틸기가 주쇄축을 포함하는 평면에 대해 위 또는 아래 중 어 느 한쪽으로 배열된 입체 규칙성을 가짐으로써 높은 결정성을 나타내며, 이로 인해 고융점이 가능하여 내열성이 우수하고 인장강도 등의 기계적 성질 또한 우수한 특성을 나타내는 것이 가능하다.

[화학식 I]

또한, 상기 아이소택틱 호모폴리프로필렌 수지를 용융·압출한후 융점 이하의 온도에서 냉각·고화하면 핵 생성에 의해 라멜라 구조로 결정이 성장하여 구정(원형 결정)을 형성하게 되며, 이런 라멜라들이 구정의 중심으로부터 모든 방향으로 성장하며 이웃 구정과 충돌하여 결정 성장이 정지되거나 이미 형성된 구정 내에서 남아있던 무정형상이 계속 결정화하여 구정의 내부구조를 좀더 치밀하게되는 결정화가 진행되는데, 이 때 결정화 과정에서 생성되는 구정의 크기가 가시광선보다 크거나 불균일하게 분포하면 연신·배향 후에도 구정의 크기가 충분히 작아지지 않고, 불균일한 분포를 나타내어 투명성이 저하하거나 광학 이방성(예컨대, 위상차가 매운 큰 값을 나타내는 등) 제어가 어려워 질 수 있다.

이러한 이유로 폴리프로필렌계 수지를 사용하여 위상차 필름을 제조하는 종래의 기술에 있어서는 입체규칙성이 없거나 극히 낮은 에틸렌-프로필렌 공중합체 수지와 같은 무정형 또는 저결정성 랜덤 및 블록 공중합체를 사용하는 것이 일반적이었다. 그러나, 이 경우에는 공중합체 수지의 무정형 또는 저결정성 특성 때문에 강성(stiffness) 및 인장강도 등의 기계적 강도가 낮은 문제점이 있고, 공중합체인 수지 특성으로 인해 융점이 낮아 고온 및 연속 사용시에는 내열성이 문제되며, 상대적으로(프로필렌 단독 중합체인 호모 폴리프로필렌 수지 대비) 분자량이 작아 높은 용융흐름속도(MFR)를 가질 뿐만 아나라 연신과 배향 가공성이 낮다는 단점이 있다.

그래서, 내구성이 우수하면서도 균일성을 가지는 위상차 필름 제조를 위해서는, 호모폴리프로필렌 수지를 이용하는 경우 결정화 과정에서 생기는 구정에 의한 불균일성과, 에틸렌-프로필렌 공중합체 수지를 사용하는 경우 강성과 내구성이 부족하는 등의 문제를 동시에 해결할 필요성이 있었다. 본 발명자들은 수년간의 연구와 노력 끝에 호모 폴리프로필렌 수지의 결정화 과정에서 생성되는 구정의 크기를 작게하면, 이후 연신·배향 과정에서 구정의 크기를 충분히 작게 할 수 있으며, 이에 따라 균일한 분포를 가지고 투명성이 저하되는 것을 막을 수 있음을 알게 되었다.

이에 따라, 본 발명은 기본적으로 박막화, 고강성(high stiffness)화 및 투명성 등의 측면에서 프로필렌 단독 중합체인 호모 폴리프로필렌 수지를 사용하고, 높은 연신·배향 가공성, 내열성을 고려한 고융점화, 후가공 안전성(예컨대, 인장강도 등) 측면에서 결정의 핵 형성이 많이 되어 구정의 크기를 작고 균일하게 하는데 용이한 아이소택틱도가 높은 폴리프로필렌을 사용하는 것이다.

특히, 본 발명에 최적으로 사용되는 폴리프로필렌 수지는 아이소택틱도가 높은 프로필렌 단독 중합체인 호모 폴리프로필렌으로써, 아이소택틱 인덱스가 85% 이상, 바람직하게는 90% 이상의 입체규칙성을 가지는 것이 바람한데, 아이소택틱 인덱스 85% 미만일 경우에는 구정의 크기 및 분포 불균일에 기인하는 헤이즈 및 전광선 투과율이 급격히 감소함은 물론 필름 폭과 길이 방향으로 위상차 불균일을 야기시킬 수 있기 때문이다.

그리고, 본 발명에 따른 상기 폴리프로필렌 수지는 고속 및 대량 가공성에 큰 영향을 미치는 요소로써 수지의 분자량 및 분자량 분포와 같은 유동적 성질을 고려하는 것이 바람직한데, 이는 업계에서는 MFR로 통용되는 용융흐름속도(즉, 용융 지수)로 판단하며, MFR이 1~15g/10min, 바람직하게는 2~10g/10min인 것이 적합하다. MFR이 1g/10min 미만일 경우에는 용융·압출시 압출기 내부의 압력 부하가 커져 안정적인 압출성을 얻을 수 없을 뿐만 아니라, 필름의 연신·배향시 고속 가공성 떨어지거나 위상차 불균일을 야기시킬 수 있으며, 15g/10min를 초과할 경우에는 연신·배향시 파단이 쉽게 일어나므로 가공이 불가하거나 위상차 불균일을 야기시킬 수 있기 때문이다.

또한, 본 발명에 따른 상기 폴리프로필렌 수지의 구정의 크기를 보다 작게 하기 위 하여, 상기 수지를 용융 및 혼련하고 압출시킨 다음에 냉각롤로 급냉하여 무연신 필름을 얻는 과정에서 상기 냉각롤은 5~35℃ 범위 내의 표면 온도를 갖는 것이 가장 바람직하다는 것을 확인하였다. 5℃ 미만인 경우에는 결로가 생기고, 35℃를 초과하면 균일성이 떨어지는 문제점이 있었다.

나아가, 본 발명은 필요에 따라서 용융·압출시 핵제를 더 포함함으로써 핵 형성이 보다 많이 이루어지게 하거나 내열성을 향상시킬 수 있으며, 가공성 및 필름 물성을 조정할 목적으로 본 발명이 이루고자하는 목적에 영향을 미치지 않는 범위 내에서 가소화제, 산화방지제, 가공 조제, 무기 층전제, 슬립제, 자외선 흡수제 및 대전방지제 등의 첨가제를 더 포함하는 것도 가능하다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따른 주요 제조 방법을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

먼저, 폴리프로필렌 수지는 분자 사슬 주쇄에 무수히 많은 제 3급 탄소원자 있고 여기에 부가되어 있는 수소원자는 산소의 공격을 받기 쉬워 산화에 취약하므로 수지 팰렛(pallet) 상에 내재되어 있는 기체(산소 등) 및 수분을 제거하기 위해 원료를 불활성 가스 순환식 건조기 또는 진공 건조기를 이용하여 건조한 후 질소 또는 아르곤 등의 불활성 기체로 충진된 호퍼를 이용하여 압출기로 이송하는 것이 바람직하다. 여기서 적절한 건조 온도는 20~50℃, 바람직하게는 30~40℃, 유지 시간은 2~3 시간, 바람직하게는 1~2 시간인 것이 적합하다.

한편, 건조 처리된 수지 재료를 용융·압출법에 의해 단층 또는 다층 구조의 필름을 제막하는 방법은 특별히 한정되지 않으며 기지의 공지된 방법을 적용할 수 있다. 예를 들면, 수지 재료를 압출기로 이송하여 융점 이상의 온도에서 용융시키고 용융 수지를 슬릿형 출구를 갖는 다이(die)로부터 필름 형상으로 압출하여 경면 롤 표면에 밀착시켜 냉각·고화 시킴으로써 무연신 상태의 필름을 수득하는 방법을 들 수 있다. 또한, 다이로부터 압출되는 용융 수지를 정량적으로 계량·공급하기 위해 기어 펌프를 사용하고 용융 수지의 각종 결점(예컨대, 이물, 기포, 탄화물 및 미용융 겔 등)을 제거하기 위한 필터 시스템을 구비하는 것이 바람직하다.

여기서, 압출기로서는 단축, 쌍축, 유성식 및 탄뎀형(tandem) 등 어느 것을 사용해도 무방하나 용융 수지에 열 부여를 적게 하여 열화를 방지하기 위해서는 탄뎀형 압출기를 사용하여 1차 압출로 수지를 완전 용융한 후 다소 낮은 온도에서 2차 압출하는 것이 바람직하다. 압출기의 L/D는 28~40인 것이 바람직하고, 스크류 형상으로서는 벤트(vent)형, 선단 덜메이지(dulmage)형, 풀플라이트(full flight)형 등을 들 수 있지만, 풀플라이트형이 바람직하며, 스크류 직경은 압출량에 따라 30~200Φ인 것이 바람직하다. 스크류 직경이 30Φ 미만이면 계량 안정성이나 필름 생산성이 낮아질 우려가 있고, 200Φ를 초과하면 계량된 용융 수지의 체류 시간이 길어져 열화 우려가 있다.

또한, 수지의 계량에 사용되는 기어펌프는 내부 윤활식 또는 외부 윤활식 모두를 사용할 수 있으나 용융 수지를 원활하게 배출할 수 있는 점에서 외부 윤활식인 것이 바람직하게 이용될 수 있고, 중합체 필터시스템으로서는 리프디스크(leaf disk), 캔들(candle), 리프(leaf) 및 스크린메쉬(screen mesh) 타입 등이 있으나, 용융 수지가 체류하는 것을 억제할 수 있는 점에서 고정세 소결 금속을 복수매 사용한 리프디스크 타입이 바람직하게 이용될 수 있다. 필터의 여과 정밀도는 20㎛ 이하, 바람직하게는 5㎛ 이하인 것이 적합하다. 여과 정밀도가 20㎛을 초과하는 경우에는 각종 결점(예컨대, 이물, 기포, 탄화물 및 미용융 겔 등)이 중합체 필터를 통과하므로 수득되는 필름에 각종 결점 발생 등의 외관 불량이 생길 우려가 있다.

그리고, 다이로서는 통상 T다이(T-die)가 이용되는데, T다이의 종류로서는 매니폴드(manifold) 형상에 따라 코트행거(coat hanger) 다이와 피쉬 테일(fish tail) 다이 등이 있으나, 다이 내부 수지 유동을 균일하게 하여 필름의 두께 균일성 유지하고 열 열화를 억제하는 측면에서 체류가 생기기 어려운 구조인 코트행거 다이가 바람직하게 사용될 수 있으며, 다이 재질로서는 다이라인 및 토출 필름에 그을음 혼입 되는 것을 방지하는 측면에서 강철, 스테인레스 등의 표면에 크롬, 니켈, 티탄 등의 도금을 실시하여 표면 경도를 높이고 수지와의 마찰력을 감소시키는 것이 바람직하다.

나아가, 경면 롤로서는 내부에 가열 및 냉각 수단을 갖는 금속 롤에 크롬 도금, 무전해 니켈 도금 등의 경면 가공한 롤이나 세라믹 재질의 롤이 바람직하게 사용될 수 있고, 경면롤과 용융 수지간의 밀착성을 향상시키기는 방법으로서는 닙롤(nip roll), 정전인가, 에어나이프(air knife), 편면 벨트, 양면 벨트 및 3개 냉각롤 방식 등을 들 수 있으나, 광학 특성의 변형이 적은 필름을 제조하기 위해서는 3개 냉각롤 방식이 바람직하며, 냉각·고화 온도는 결정화 과정에서 형성되는 구정의 크기 작고 균일하게 하여 면내 위상차 Re가 불균일 해지는 것을 방지하기 위해 5~35℃, 바람직하게는 10~20℃로 급냉하는 것이 적합하다. 냉각온도가 5℃ 미만일 경우 급격한 온도차로 인한 필름의 결로 현상이 일어날 수 있으며, 35℃를 초과할 경우 위상차 불균일을 야기시킬 수 있다.

상기의 용융·압출법에 의한 무연신 상태의 폴리프로필렌 필름은 추가적인 연신을 통해 분자 사슬을 일정한 방향으로 규칙적으로 배향시켜 투과광에 위상차를 제공하는 광학 이방성 필름이 된다.

연신 방법으로서는 특별히 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 공지된 1축 연신법 또는 2축 연신법을 이용할 수 있다. 상세하게는 구동 롤간의 주행 속도 차이를 이용한 롤링법에 의한 1축 연신법, 원주가 다른 2쌍의 롤을 이용하는 1축 연신법, 텐터링법에 의한 1축 연신법, 고정할 텐터 크립의 간격이 벌어져 세로 방향의 연신과 동시에 파지 클립의 가이드 레일의 퍼짐 각도에 따라 가로 방향으로 연신하는 동시 2축 연신법, 구동 롤간의 주행속도차이를 이용하여 세로 방향으로 연신한 후 양 단부를 클립으로 파지하여 텐터를 통과시킴으로써 가로 방향으로 연신하는 순차 2축 연신법 등의 방법을 이용할 수 있다. 또한, 동시 2축 연신 및 순차 2축 연신 등 2개의 다른 연신축을 갖는 경우, 2개의 연신축이 교차하는 각도는 원하는 목표 특성에 따라 결정되므로 특별히 한정되지는 않지만, 일반적으로 120~60°로 하는 것이 바람직하다.

또한, 연신 온도는 수지 재료의 연화점과 융점 사이 온도이면 특별히 한정되지 않으나, 연신 온도가 낮을수록 위상차는 커지고 온도가 높을수록 위상차는 작아지는 경향이 있으므로 목표 특성에 따라 조정하는 것이 바람직하고, 두께 및 위상 지연 축 등의 불균일을 최소화하기 위해 온도 변동은 ±3% 이내, 바람직하게는 ±0.5% 이내가 되도록 하는 것이 적합하다.

그리고, 연신비(여기서, 연신비는 ‘연신 후 길이÷연신 전 길이’를 의미함)는 목표 특성에 따라 결정되므로 특별히 한정되지는 않지만 연신·배향에 따른 분극도 변화를 고려하여 선정하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 본 발명의 수지 재료인 아이소택틱 폴리프로필렌은 비극성 고분자로써 투과광의 전기장이 주어질 경우 폴리설폰 또는 폴리카보네이트 등의 극성이 강한 수지와 비교해 편극 현상이 작게 일어나므로 이들 필름과 동일한 위상차를 부여하기 위해서는 상대적으로 연신비를 크게 해야 한다. 이에 따라, 상업적으로 유용한 위상차 제어를 위해서는 연신 방법에 따 라 차이가 있으나, 1.1~10배, 바람직하게는 2~10배의 다소 높은 비로 연신 하는 것이 필요하고 이때, 연신 전의 필름 두께가 동일하면 연신비가 높을수록 위상차를 크게 제어할 수 있으며, 연신비의 변동은 ±3% 이내, 바람직하게는 ±0.5% 이내로 하여 두께 및 위상 지연 축 등의 불균일성을 극복한 후 최종 단계에서 치수 특성의 경시 변화를 작게 하기 위해 열고정하는 것이 바람직하다.

나아가, 연신 후의 최종 두께는 목표 특성에 따라 결정되므로 특별히 한정되지는 않지만, 2~200㎛, 바람직하게는 5~50㎛인 것이 적합하고 동일 연신비에서 두께를 두껍게 함으로써 위상차를 높게 제어할 수 있으며 반대로, 두께를 얇게 하고 연신비를 크게 함으로써 경량화·박막화에 대응할 수도 있으나 두께가 2㎛ 미만인 경우에는 취급이 매우 곤란해지는 문제가 있다. 여기서, 최종 두께 제어는 연신 전의 필름 두께를 조정하거나 연신비를 조정하는 것에 의해 실시하는데 두께 분포는 위상 지연 축 불균일 등의 방지를 위해 평균치에 대비 ±3% 이내, 바람직하게는 ±1% 이내로 하는 것이 적합하다.

상기의 방법으로 제조된 광학 이방성 필름은 타 기재와의 접합 또는 도포 층 등과의 접착력 향상을 위해 표면상에 프라이머 코팅, 코로나 처리, 플라즈마 처리, 화염처리, 오존샤워 및 이온빔처리 등을 실시할 수도 있다.

한편, 본 발명의 다른 일 실시 형태에 따라 제공되는 양(+)의 파장 분산성을 가지는 적층 광학 필름은, 상기한 바와 같이 영(0)의 파장 분산성을 갖는 제1위상차 필름과, 음(-)의 파장 분산성을 갖는 별도의 다른 제2 위상차 필름이 소정의 점착제에 의해 적층된 광대역 광학 이방성 라미네이트 필름이다.

이러한 라미네이트 필름의 면내 위상차 Re은 각각의 적층 필름 및 점착제의 위상차에 대한 뺄셈이 되므로 아래의 [수학식 III]와 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 III]

Re(L) = Re(1) - Re(2) - Re(ad) = (Δn(1) - Δn(2) - Δn(ad)) × D

(여기서, Re(L)은 라미네이트 필름 면내 위상차(nm)이고, Re(1) 및 Δn(1)는 위상차가 큰 필름 면내 위상차(nm) 및 복굴절율이고, Re(2) 및 Δn(2)는 위상차가 작은 필름 면내 위상차(nm) 및 복굴절율이고, Re(ad) 및 Δn(ad)는 점착제의 면내 위상차(nm) 및 복굴절율이고, D 은 필름의 두께(nm)를 의미함)

상기 [수학식 III]에 따른 면내 위상차 Re(L) 값을 근거로, 본 발명은 상기한 바와 같은 영(0)의 파장 분산성을 갖는 제1위상차 필름에, 하기 [수학식 II]에 따른 파장 분산비의 최대값 또는 최소값이 1±0.1 범위를 초과하는 것으로 투과되는 빛이 장파장일수록 위상차가 감소하는 {-}파장 분산성을 가지는 제2 위상차 필름이 적층되어, 하기 [수학식 II]에 따른 파장 분산비의 최대값 또는 최소값이 1±0.1 범위를 초과하는 것으로 투과되는 빛이 장파장일수록 위상차가 증가하는 {+}파장 분산성을 가지는 것을 특징으로 한다.

[수학식 II]

파장 분산비 = Re / Re(550)

이러한 본 발명은 영(0)의 파장 분산성을 갖고 위상차 절대치를 크게 제어한 제1 위상차 필름과 음(-)의 파장 분산성을 갖고 위상차 절대치가 작은 제2 위상차 필름을 적층 함으로써, 위상이 상쇄 및 변조되는 물리화학적 간섭현상에 의해 가시광선 영역(400~800nm) 전체에서 양(+)의 파장 분산성을 나타내는 광대역화 기능을 가진 필름을 제공할 수 있는 것이며, 음(-)의 파장 분산성의 구성 필름을 파장 분산이 큰 필름으로 교체하거나 위상 지연 축을 회전·배치시켜 간섭 현상을 조정하는 것에 의해 광대역성을 최적화시킬 수 있다.

여기서, 상기 제1 위상차 필름과 제2 위상차 필름을 적층시키는 점착제는 기재의 종류에 따라 종류가 달라지나, 폴리카보네이트를 예로 들면, 기재와의 반응성이 없어 백탁 등의 결점이 발생하지 않는 아크릴계 점착제이며, 기재와 라미네이팅 후 박리력이 500gf/25mm 이상인 것이 당 업계에서 통상 사용되고 있다. 그리고 점착층의 코팅 두께는 0.5~30㎛, 바람직하게는 1~10㎛인 것이 바람직하다. 점착층 두께가 0.5㎛ 미만으로 형성될 경우 점착력 불균일로 인한 작업성 및 점착력 저하를 나타낼 수 있고, 30㎛을 초과할 경우 광대역 광학 이방성 라미네이트 필름의 위상차 특 성이 저하될 수 있다.

그리고, 점착제의 코팅 방법으로는 특별히 제한되는 일이 없이 종래의 모든 코팅 방식을 이용할 수 있다. 예를 들면, 에어닥터 코터, 블레이드 코터, 로드 코터, 나이프 코터, 콤마 코터, 슬롯다이 코터, 스퀴즈 코터, 커튼 코터, 또는 바코터 등을 이용하는 방법이 가능하며, 상기와 같이 기재에 점착제를 코팅한 후에는 통상 건조로를 통과시키고 고무계 압착 롤로 나머지 필름의 접합하는 드라이 라미네이션법에 의해 광대역 광학 이방성 폴리프로필렌 라미네이트 필름을 수득할 수 있다.

나아가, 본 발명에 구속되지는 않으나, 상기 라미네이트 필름이 본래의 목적으로 사용되기 전에 외부의 온도, 습도 환경 및 물리적 충격이나 침입으로부터 보호하거나, 타 기재(예컨대, 유리, 거울, 플라스틱 및 플라스틱 필름 등)에 부착이 가능하도록 하기 위하여 상기 필름의 편면 이상의 면에 보호필름을 라미네이트하거나, 점착 코팅층을 형성시킬 수도 있다.

실 시 예

이하에서는 실시예에 기초하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 단, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이하의 실시예에서의 각종 항목에 대한 평가는 아래의 실험예와 같이 행하였다.

실험예 : 효과 확인

(1) 아이소태틱 인덱스

핵자기 공명(NMR) 측정 방법으로, 메틸이 입체 정렬되어 있는 아이소택틱 5가 원소(pantad) 단위의 중량 %를 측정하여 백분율로 평가하였다.

(2) 용융 지수(MFR)

ASTM D 1238의 측정 방법에 따라 측정하여, 10 분당 그램(g/10min) 단위로 나타나는 용융 수지의 유량을 확인하여 평가하였다.

(3) 에틸렌 함유량

에틸렌·프로필렌 랜덤 공중합체에 대해 FT-IR 스펙트럼 분석을 통해 해당 공중합체 중의 에틸렌 유래의 구성 단위의 함량을 측정하여 평가하였다.

(4) 전광선 투과율 및 헤이즈

적분구식 헤이즈미터(일본전색공업사제)를 사용하여 필름의 전광선 투과율 및 헤이즈를 측정하여 평가하였다.

(5) 연신 가공성

각 실시예를 실시하면서 설비 가동 후 연속 주행 중 필름 파단이 24시간 동안 ‘없는 경우는 ○’, ‘5회 이하인 경우는 △’, 그리고 ‘5회를 초과하는 경우는 ×’로 하여 평가하였다.

(6) 광학 이방성

위상차 필름 검사 장치인 RETS(오츠카전기사제)를 이용해 이하의 특성을 측정하여 평가하였다.

(필름 면내 위상차 Re)

필름의 전폭 × 길이 1m의 시료를 채취해 폭방향 20mm 간격, 길이 방향 3 부위 20mm 간격으로 가시광선 영역(400~800nm) 전체에 걸쳐 측정하고, 각 시료 및 분광 파장별 평균값을 도식화하여 평가하였다.

(면내 위상차 Re 균일성)

필름의 전폭 × 길이 1m의 시료를 채취해 폭방향 20mm 간격, 길이 방향 3 부위 20mm 간격으로 550nm 파장에서의 면내 위상차 Re를 측정하여, 평균값 대비 ‘±5nm 이내인 경우는 ○’, ‘±5~10nm인 경우는 △’ 그리고 ‘그 이상인 경우는 ×’로 하여 평가하였다.

(파장 분산성)

550nm 파장에서의 면내 위상차 Re 대비한 각 분광 파장에서의 면내 위상차 Re를 분율로 계산해 Re/Re(550)로 나타내고, 가시광선(400~800nm) 영역에서 파장대별 Re/Re(550)의 증감·비교를 통해 음(-), 영(0) 및 양(+)의 파장 분산성을 확인하였다.

여기서, 파장 분산성은 가시광선(400~800nm) 영역에 내에서 파장이 장파장이 됨에 따라, 면내 위상차 Re가 급격히 감소하여 Re/Re(550)의 최대값 또는 최소값이 1±0.1의 범위를 벗어나면 '음(-)의 파장 분산성', 면내 위상차 Re가 완만히 감소하여 Re/Re(550)의 최대값 또는 최소값이 1±0.1의 범위 이내에 있으면 '영(0)의 파장 분산성', 그리고 면내 위상차 Re가 증가하면 '양(+)의 파장 분산성'을 의미하는 것이다.

(위상 지연 축)

편광현미경(라이카사제)을 이용해 폭 600mm를 20mm 간격으로 광축의 각도를 확인하여 평가했다.

(7) 점착력

인장시험기(인스트론사제)를 이용해 폭 25mm의 시료의 한쪽 적층부를 박리속도 300mm/min 하에서 180。 박리 시킬 때의 로드값을 측정하여 평가하였다.

실시예 1~10 : 위상차 필름의 제조

먼저, 본 실시예 1~10은 본 발명에 따라 수지재료로써 저 유전 특성을 갖는 호모 폴리프로필렌 수지를 사용하는 경우, 면내 위상차 Re의 파장분산성이 영(0)의 파장 분산성을 가지는지 여부와, 연신 조건 및 최종 필름의 두께를 제어하여 임의의 위상차를 제공할 수 있는지 여부를 확인하기 위함이다.

실시예 1

수지재료로써 아이소택틱 인덱스가 98%이고, 용융지수가 3.0g/10min인 호모폴리프로필렌(융점 : 168℃) 100중량%를 사용하여, 스크류 직경이 각각 65mmΦ, 125mmΦ 및 65mmΦ인 3층 공압출 용융·압출기(미쓰비시중공업사제, 125mmΦ 압출기는 탄뎀형)에서 수지온도 250℃로 용융·혼련하고, 하나의 공압출 T다이(EDI사제, 코트 행거형 메뉴 폴드 다이)를 통해 표층/심층/리층의 1종 3층으로 공압출시켜 각각 20℃로 설정된 3개 경면롤 캐스트 드럼에 의해 급냉·고화하는 것으로써 무연신 상태의 캐스트 필름 수득한 후 웹 상 연속적으로 종 연신기(미쓰비씨중공업사제)로 도입되도록 하였다. 곧이어, 도입된 무연신 상태의 캐스트 필름을 예열한 후 연신온도(연신롤 온도)를 120℃로 하고 롤 간 주행속도 차이에 의해 3단계에 걸쳐 종방향으로 2배 연신한 후, 이어서 텐터형 횡 연신기(미쓰비씨중공업사제)에 종방향으로 연신된 필름을 도입하여 예열한 후 텐터 내의 연신존 온도를 155℃로 하여 횡방향으로 4배로 연신, 텐터 레일폭을 4% 이완, 165℃로 열처리한 후 한쪽 단 면의 표면장력이 38dyne/cm 이상이 되도록 코로나 방전처리하고 권취하는 일련의 작업을 필름 주행 중 연속적으로 실시하여 최종 두께 8㎛인 수지 1종, 층구성 3층 구조의 광학 이방성 폴리프로필렌 필름 P1을 제조하였다.

실시예 2

실시예 1에서 연신비를 종방향 3.03배 및 횡방향 5.91배로 상향조정하는 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 광학 이방성 폴리프로필렌 필름 P2를 제조하였다.

실시예 3

실시예 1에서 연신비를 종방향 4.71배 및 횡방향 9.05배로 상향조정하는 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 광학 이방성 폴리프로필렌 필름 P3를 제조하였다.

실시예 4

실시예 2에서 종방향 및 횡방향 연신 후 최종적으로 권취되는 필름의 두께가 25㎛이 되도록 하는 것 외에는 실시예 2와 동일한 방법으로 광학 이방성 폴리프로필렌 필름 P4를 제조하였다.

실시예 5

실시예 2에서 종방향 및 횡방향 연신 후 최종적으로 권취되는 필름의 두께가 40㎛이 되도록 하는 것 외에는 실시예 2와 동일한 방법으로 광학 이방성 폴리프로필렌 필름 P5를 제조하였다.

실시예 6

수지재료로써 아이소택틱 인덱스가 98%이고, 용융지수가 3.0g/10min인 호모폴리프로필렌(융점 : 168℃) 100중량%를 사용하여, 스크류 직경이 65mmΦ인 용융·압출기(미쓰비시중공업사제)에서 수지온도 250℃로 용융·혼련한 후, T다이(EDI사제, 코트 행거형)를 통해 필름상으로 성형·압출시켜 각각 20℃로 설정된 3개의 경면롤 캐스트 드럼에 의해 급냉·고화하는 것으로 무연신 상태의 캐스트 필름 수득하고, 웹 상 연속적으로 종 연신기(미쓰비씨중공업사제)로 도입되도록 하였다. 이어서, 도입된 무연신 상태의 캐스트 필름을 예열한 후 연신온도를 120℃로 하여 롤 간 주행속도 차이에 의해 3단계에 걸쳐 종방향으로 1.1배 연신, 165℃로 설정된 열처리 존을 지나게 하는 방식으로 열처리, 한쪽 단면의 표면장력이 38dyne/cm 이상이 되도록 코로나 방전처리하고 권취하는 일련의 작업을 필름 주행 중 연속적으로 실시하여 최종 두께 40㎛인 수지 1종, 층구성 단층 구조의 광학 이방성 폴리프로필렌 필름 P6를 제조하였다.

실시예 7

실시예 6에서 연신비를 종방향 2.5배로 상향조정하는 것 외에는 실시예 6과 동일한 방법으로 광학 이방성 폴리프로필렌 필름 P7을 제조하였다.

실시예 8

실시예 6에서 연신비를 종방향 4.71배로 상향조정하는 것 외에는 실시예 6과 동일한 방법으로 광학 이방성 폴리프로필렌 필름 P8을 제조하였다.

실시예 9

실시예 6에서 연신 온도를 110℃로 하향조정하는 것 외에는 실시예 6과 동일한 방법으로 광학 이방성 폴리프로필렌 필름 P9를 제조하였다.

실시예 10

실시예 6에서 연신 온도를 135℃로 상향조정하는 것 외에는 실시예 6과 동일한 방법으로 광학 이방성 폴리프로필렌 필름 P10을 제조하였다.

비교예 1~3 : 무연신 폴리프로필렌 필름, 폴리설폰계 광학 이방성 필름의 제조 및 폴리카보네이트계 광학 이방성 필름 평가

비교예 1

실시예 6에서 종방향 연신기의 롤 간 주행속도 차이가 없도록 하고 압출량을 최종 필름 두께가 40㎛이 되도록 조정하는 것 외에는 실시예 6과 동일한 방법으로 무연신 폴리프로필렌 필름 RP1을 제조하였다.

비교예 2

수지재료로써 폴리설폰(C₂₇H₂₂O₄S, 바스프사제) 100중량%를 사용하여, 스크류 직경이 30mmΦ이고 3개의 실린더 유니트로 구성된 용융·압출기에서 실린더 온도를 원료 호퍼와 가까운 순서대로 315℃, 345℃ 및 345℃로 설정, 수지온도 310℃로 용융·혼련한 후, 폭 40mm의 T다이를 통해 필름 상으로 성형·압출시켜 각각 25℃로 설정된 3개의 경면롤 캐스트 드럼에 의해 급냉·고화시키고, 한쪽 단면의 표면장력이 45dyne/cm 이상이 되도록 코로나 방전처리하여 권취하는 것으로 무연신 상태의 캐스트 필름 수득하였다. 그 후, 권취된 무연신 상태의 캐스트 필름을 별도의 종방향 연신기에 장착하고 필름을 권출하면서 연신온도 275℃에서 롤 간 주행속도 차이에 의해 3단계에 걸쳐 종방향으로 1.13배 연신하여 최종 두께 72㎛인 수지 1종, 층구성 단층 구조의 광학 이방성 필름 RP2를 제조하였다.

비교예 3

(-)파장 분산성을 나타내는 두께 50㎛의 종래의 폴리카보네이트계 위상차필름(카네카사제) RP3의 특성을 평가하였다.

상술한 실시예 1~10 및 비교예 1~3의 제조 조건과 평과 결과를 표 1 및 도 1~2에 정리하였다.

[표 1 : 실시예 1~10 및 비교예 1~3의 제조 조건과 평가 결과]

도 1은 본 발명의 실시예 2~3 및 비교예 2~3에 따른 광학 이방성 필름의 가시광선 영역 내에서 위상차 Re를 나타내는 모식도이고(여기서, '●는 실시예 2', '○는 실시예 3', '■는 비교예 2', 그리고 '□는 비교예 3'을 나타낸다), 도 2는 본 발명의 실시예 3 및 비교예 2, 비교예 3에 따른 광학 이방성 필름의 가시광선 영역 내 에서 파장 분산성 Re/Re(550)을 나타내는 모식도이다(여기서, '○는 실시예 3', '■는 비교예 2', 그리고 '□는 비교예 3'을 나타낸다).

상기 표 1과 도 1 및 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예에 의해 제조되는 광학 이방성 필름은 수지재료로써 저 유전 특성을 갖는 호모 폴리프로필렌 수지를 사용함으로써, 면내 위상차 Re의 파장분산성이 영(0)의 파장 분산성을 가지고, 연신 조건 및 최종 필름의 두께를 제어하여 1매의 박막 필름으로도 특정 파장(예컨대, 550nm)에서 목표로 하는 임의의 위상차를 투과광에 제공함을 확인할 수 있다.

실시예 11~18 : 균일한 면내 위상차 값을 가지는 위상차 필름의 제조

실시예 11

실시예 2에서 수지 재료로 아이소택틱 인덱스가 92%인 호모폴리프로필렌을 사용하는 것 외에는 실시예 2와 동일한 방법으로 광학 이방성 폴리프로필렌 필름 P11을 제조하였다.

실시예 12

실시예 2에서 수지 재료로 아이소택틱 인덱스가 85%인 호모폴리프로필렌을 사용하는 것 외에는 실시예 2와 동일한 방법으로 광학 이방성 폴리프로필렌 필름 P12를 제조하였다.

실시예 13

실시예 2에서 냉각롤 3개의 온도를 각각 10℃로 하향조정하는 것 외에는 실시예 2와 동일한 방법으로 광학 이방성 폴리프로필렌 필름 P13를 제조하였다.

실시예 14

실시예 2에서 냉각롤 3개의 온도를 각각 5℃로 하향조정하는 것 외에는 실시예 2와 동일한 방법으로 광학 이방성 폴리프로필렌 필름 P14를 제조하였다.

실시예 15

실시예 2에서 냉각롤 3개의 온도를 각각 30℃로 상향조정하는 것 외에는 실시예 2와 동일한 방법으로 광학 이방성 폴리프로필렌 필름 P15를 제조하였다.

실시예 16

실시예 2에서 수지 재료로 용융지수가 1.0g/10min인 것을 사용하는 것 외에는 실시예 2와 동일한 방법으로 광학 이방성 폴리프로필렌 필름 P16을 제조하였다.

실시예 17

실시예 2에서 수지 재료로 용융지수가 8.0g/10min인 것을 사용하는 것 외에 는 실시예 2와 동일한 방법으로 광학 이방성 폴리프로필렌 필름 P17을 제조하였다.

실시예 18

실시예 2에서 수지 재료로 용융지수가 15g/10min인 것을 사용하는 것 외에는 실시예 2와 동일한 방법으로 광학 이방성 폴리프로필렌 필름 P18을 제조하였다.

비교예 4~8 : 불균일한 면내 위상차 값을 갖는 위상차 필름 및 에틸렌-프로필렌 공중합체를 이용한 광학 이방성 필름의 제조

비교예 4

실시예 2에서 수지 재료로 아이소택틱 인덱스가 81%인 호모폴리프로필렌을 사용하는 것 외에는 실시예 2와 동일한 방법으로 광학 이방성 폴리프로필렌 필름 RP4을 제조하였다.

비교예 5

실시예 2에서 냉각롤 3개의 온도를 각각 35℃로 상향조정하는 것 외에는 실시예 2와 동일한 방법으로 광학 이방성 폴리프로필렌 필름 RP5을 제조하였다.

비교예 6

실시예 2에서 수지 재료로 용융지수가 0.5g/10min인 것을 사용하는 것 외에 는 실시예 2와 동일한 방법으로 광학 이방성 폴리프로필렌 필름 RP6를 제조하였다.

비교예 7

실시예 2에서 수지 재료로 에틸렌 함유량이 4.9%이고 용융지수가 8.0g/10min인 비정질 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체(융점 : 135℃)를 사용하여 155℃에서 종방향 및 122℃에서 횡방향 연신 후 최종적으로 권취되는 필름의 두께가 30㎛이 되도록 하는 것 외에는 실시예 2와 동일한 방법으로 광학 이방성 폴리프로필렌 필름 RP7를 제조하였다.

비교예 8

비교예 2에서 수지 재료로 에틸렌 함유량이 1.8%이고 용융지수가 5.0g/10min 인 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체를 사용하는 것 외에는 비교예 4와 동일한 방법으로 광학 이방성 폴리프로필렌 필름 RP8를 제조하였다.

상술한 실시예 11~18 및 비교예 4~8의 제조 조건과 평가 결과를 표 2에 정리하였다.

[표 2 : 실시예 11~18 및 비교예 4~8의 제조 조건과 평가 결과]

상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 또 다른 실시예에 의해 제조되는 광학 이방성 필름은 연신 조건 등의 주요 공정변수가 동일한 경우에도 수지재료의 물리·화학적 특성 및 냉각·고화 조건 등에 의해 면내 위상차 Re 균일성을 비롯한 각종 광학 특성과 가공 안정성이 변화하지만, 이는 아이소택틱 폴리프로필렌 수지의 결정화 과정에서 일어나는 결정성장 메커니즘이 큰 요인을 차지하므로 상기와 같이 최적의 원료 및 제조 조건 선정으로 결정성장에 의해 생성되는 구정의 크기와 분포를 작고 균일하게 제어하는 것이 필요함을 확인할 수 있다. 또한, 가공 안정성 측면 부분에서 적절한 용융지수를 갖는 수지재료의 선정이 필요하며 이에 따른 실시예에 의해 제조되는 광학이방성 필름은 전체적으로 비교예 7, 8에 의한 것보다 가공 안정성 및 면내 위상차 Re 균일성이 현저히 우수함을 확인할 수 있다.

특히, 실시예 11, 12와 비교예 4의 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 아이소택틱 인덱스 함량이 85% 이상인 경우 면내 위상차가 균일하였고, 특히 90% 이상인 경우에는 현저히 우수한 균일성을 보이고 있다.

그리고, 실시예 16~18과 비교예 6의 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 용융지수가 1.0 이상인 경우에는 면내 위상차가 균일했지만, 그 이하인 경우에는 균일하지 못함을 확인할 수 있다.

또한, 실시예 13~15와 비교예 5의 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 냉각롤의 온도가 너무 높은 경우보다는 35℃ 이하인 경우에 더욱 우수한 면내 위상차의 균일성을 확보할 수 있다.

실시예 19~21 : 광대역 광학 이방성 라미네이트 필름의 제조

실시예 19

슬롯다이 코팅 헤드부와 라미네이트부가 설치되어 있는 롤-투-롤 필름 코터에서 광학 이방성 필름 P3(폴리프로필렌: PP)의 편면에 아크릴계 점착제(사이덴사 제)를 5㎛ 두께로 코팅하고 건조기를 통과시켜 점착제 상에 포함된 용제를 제거한 후 광학 이방성 필름 RP3(폴리카보네이트: PC)와 라미네이트하는 방법으로 롤 상태의 광대역 광학 이방성 라미네이트 필름 P19를 제조하였다.

실시예 20

실시예 19에서 광학 이방성 필름 RP3 대신에 광학 이방성 필름 RP2(폴리설폰: PSU)를 사용한 것 외에는 실시예 19와 동일한 방법으로 광대역 광학 이방성 라미네이트 필름 P20을 제조하였다.

실시예 21

본 실시예는 준비된 롤과 시트를 롤-투-시트 라미네이터로 적층하는 것으로서, 상기 시트는 광학 이방성 필름 RP2(폴리설폰: PSU)에서 그것의 위상 지연 축과 시트의 가로 방향(종방향, 가로 500mm) 끝선이 이루는 각이 시계 방향으로 60°를 이루도록 가로 500mm × 세로 400mm 크기의 시트를 재단하여 준비하였다. 한편, 상기 롤은 실시예 19에서 광학 이방성 필름 RP3를 25㎛의 폴리에스테르 이형필름으로 대체하는 것 외에는 실시예 19와 동일한 방법으로 이형필름이 접합된 광학 이방성 필름 P3(폴리프로필렌: PP)를 준비하였다.

그리고는, 상기와 같이 각각 준비된 필름(광학 이방성 필름 P3) 및 시트(광학 이방성 필름 RP2의 시트)를 제1위상차 필름 및 제2위상차 필름으로 해서, 상기 제1 위상차 필름(P3)의 가로방향(종방향, 즉 제1 위상차 필름이 기계적으로 형성되는 방향(MD(Machine Direction) 방향)을 의미함)과 제2 위상차 필름(RP2)의 위상지연축 방향이 30°범로 기울지도록 적층된 라미네이트 필름을 제조하는 것이다. 즉, 상기 준비된 롤과 시트를 롤-투-시트 라미네이터에서 시트의 세로 방향((횡방향, 세로 400mm)을 의미함)과 롤의 주행 방향을 같게 하여 롤-투-시트 라미네이트하는 방법으로 광대역 광학 이방성 라미네이트 필름 P21를 제조하였다.

비교예 9 : 광학 이방성 라미네이트 필름의 제조

비교예 9

실시예 19에서 광학 이방성 필름 P3 및 RP3 대신에 각각 광학 이방성 필름 P2을 사용한 것 외에는 실시예 19와 동일한 방법으로 광학 이방성 라미네이트 필름 RP9를 제조하였다.

상술한 실시예 19~21 및 비교예 9의 제조 조건과 평가 결과를 표 3에 정리하였다.

[표 3 : 실시예 19~21 및 비교예 9의 평가 결과]

도 3은 본 발명의 실시예 19~21과 비교예 9에 따른 광대역 광학 이방성 라미네이트 필름의 가시광선 영역 내에서 파장 분산성 Re/Re(550)을 광대역 이론값과 비교하여 나타내는 모식도이고, 여기서 '△는 광대역 이론값', '●는 실시예 19', '○는 실시예 20', '■는 실시예 21', 그리고 '□는 비교예 9'을 나타낸다.

상기 표 3과 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 또 다른 실시예에 의해 제조되는 광학 이방성 라미네이트 필름은 영(0의 파장 분산성을 갖고 위상차 절대치를 크게 제어한 본 발명의 광학 이방성 필름과 음(-)의 파장 분산성을 갖고 위상차 절대치가 작은 종래의 광학 이방성 필름을 적층 함으로써 위상이 상쇄 및 변 조되는 것에 의해 가시광선 영역(400~800nm) 전체에서 양(+)의 파장 분산성을 나타내므로 광대역화 기능을 가진 것을 확인할 수 있다. 또한, 음(-)의 파장 분산성을 갖는 구성 필름의 위상 지연 축을 회전시켜서 영(0)의 파장 분산성을 가지는 필름과 적층시킴으로써 광대역 이론값에 보다 근접함을 확인할 수 있다.

한편, 상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 기술적 특징이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이다.

본 발명은 반사·반투과형 액정표시장치나 광 디스크용 픽업 등에서 요구되는 광대역 위상차 특성을 가지는 광학 필름을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 광학 이방성 필름 및 광학 이방성 라미네이트 필름은 모바일 기기(예컨데, 휴대전화, PMP, PDA, 차량용 네비게이션, 정보 단말기, 무선 호출기 등), 모니터, 평판 TV 조광 패널, 사무 자동화, AV 기기 등의 각종 액정표시장치, 3D 입체영상디스플레이, 액정프로젝터, 터치패널 및 OLED, EL 등의 전계발광소자 등에 사용될 수 있다. 또한, CD, DVD 및 MD 등의 광 디스크의 기록 및 재생 장치에 사용되는 파장판으로서도 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 2~3 및 비교예 2~3에 따른 광학 이방성 필름의 가시광선 영역 내에서 위상차 Re를 나타내는 모식도이고, 여기서 '●는 실시예 2', '○는 실시예 3', '■는 비교예 2', 그리고 '□는 비교예 3'을 나타낸다.

도 2는 본 발명의 실시예 3 및 비교예 2, 비교예 3에 따른 광학 이방성 필름의 가시광선 영역 내에서 파장 분산성 Re/Re(550)을 나타내는 모식도이고, 여기서 '○는 실시예 3', '■는 비교예 2', 그리고 '□는 비교예 3'을 나타낸다.

도 3은 본 발명의 실시예 19~21 및 비교예 9에 따른 광대역 광학 이방성 라미네이트 필름의 가시광선 영역 내에서 파장 분산성 Re/Re(550)을 광대역 이론값과 비교하여 나타내는 모식도이고, 여기서 '△는 광대역 이론값', '●는 실시예 19', '○는 실시예 20', '■는 실시예 21', 그리고 '□는 비교예 9'를 나타낸다.

Claims

아이소택틱 인덱스(isotactic index)가 85% 이상인 호모 폴리프로필렌 수지가 연신되어 이루어진 것으로,

특정 부위에서 하기 [수학식 I]에 따른 면내 위상차(Re) 값이 평균값 대비 ±5nm 범위 내의 균일성을 가지고,

[수학식 I]

Re = ( n_x - n_y )×D

(여기서, n_x 는 필름의 면내에서 최대 굴절률을 나타내는 축(지상축) 방향의 굴절율이고, n_y 는 상기 지상축과 직교하는 방향의 굴절율이며, D 는 필름의 두께(nm)를 의미함).

상기 호모 폴리프로필렌 수지는 1~15g/10min 범위 내의 용융흐름속도(Melt Flow Rate: MFR)를 가지며,

하기 [수학식 II]에 따른 파장 분산비의 최대값 또는 최소값이 1±0.1 범위 이내이면서, 동시에 투과되는 빛이 장파장일수록 위상차가 단조 감소하거나 단조 증가하는 영(0)의 파장 분산성을 가지는 것을 특징으로 하는 면내 위상차 값이 균일한 위상차 필름.

[수학식 II]

파장 분산비 = Re / Re(550)

(여기서, Re 는 가시광선 영역(400~800nm)에서의 필름 면내 위상차(nm)이고, Re(550)는 550nm 파장에서의 필름 면내 위상차(nm)를 의미함)
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제1항에 있어서, 상기 호모 폴리프로필렌 수지를 용융 및 혼련하고 압출시킨 다음에 냉각롤로 급냉하여 무연신 필름을 얻고, 상기 무연신 필름을 연신하여 얻어지며,

상기 냉각롤은 5~35℃ 범위 내의 표면 온도를 가지는 것을 특징으로 하는 면내 위상차 값이 균일한 위상차 필름.
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