KR101265311B1 - 수계 프라이머 조성물, 이를 포함하는 편광판 및 프라이머층을 구비한 광학필름의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수계 프라이머 조성물, 이를 포함하는 편광판 및 프라이머층을 구비한 광학필름의 제조방법에 관한 것으로, 프라이머 조성물 100 중량부에 대하여 폴리우레탄 고분자 1 내지 30 중량부, 수분산성 미립자 0.1 내지 10 중량부 및 잔부의 물을 포함하는 프라이머 조성물, 상기 프라이머 조성물로 이루어진 프라이머층이 편광자와 광학필름 사이에 형성된 편광판 및 상기 프라이머 조성물을 광학필름의 적어도 일면에 코팅하는 단계, 및 상기 코팅된 광학필름을 건조하는 단계를 포함하는, 프라이머층을 구비한 광학필름의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 프라이머 조성물은 접착성이 우수하고 광학필름의 투명성을 저해하지 않으면서 기존의 편광판 합지 공정에 추가의 공정이나 설비 없이 그대로 적용될 수 있으며, 특히 아크릴 필름을 편광자 보호필름으로 사용할 때 편광자와 우수한 접착성을 부여하고 편광판의 광학물성 및 내구성을 저해하지 않는다.

Description

수계 프라이머 조성물, 이를 포함하는 편광판 및 프라이머층을 구비한 광학필름의 제조방법{Aqueous primer composition, polarizing plate comprising the same and method for preparing an optical film having a primer layer}

본 발명은 수계 프라이머 조성물, 이를 포함하는 편광판 및 프라이머층을 구비한 광학필름의 제조방법에 관한 것으로, 접착성이 우수하고 투명성을 요하는 광학필름에 사용할 수 있는 프라이머 조성물, 이를 포함하는 편광판 및 프라이머층을 구비한 광학필름의 제조방법을 제공한다.

편광판은 일반적으로 도 1에 도시된 바와 같이 폴리비닐알코올(PVA) 편광자의 양면에 트리아세틸셀룰로오스(Triacetyl cellulose, 이하 TAC) 필름을 PVA 계 수용액으로 이루어진 수계 접착제로 적층시킨 구조를 갖는다. 이러한 구조의 편광판을 별도의 보상필름 없이 IPS(In-plane switching) 모드의 액정표시장치에 적용하면 시야각 특성이 취약하기 때문에 종래에 사용되던 두 장의 TAC 필름 중 한 장을 두께 방향 및 면내 위상차가 거의 없는 TAC(Zero Retardation TAC, 이하 Z-TAC) 필름으로 대체하여 시야각을 개선하여 사용하기도 한다.

하지만 Z-TAC 은 기본적으로 TAC 성분의 필름이 가지고 있는 수분에 대한 취약성으로 인해 장기간 사용 시 치수 변화에 의한 내구성 문제를 유발시키고 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해 시클로올레핀(Cyclic Olefin)계 수지 또는 아크릴계 수지 등과 같이 수분에 대한 저항성이 높고, 낮은 위상차 물성을 갖는 조성의 필름을 적용하려는 시도가 이루어져 왔다. 특히 아크릴계 조성의 필름의 경우 광학적인 특성과 내구성뿐만 아니라 가격적인 측면에서도 장점을 가질 수 있는 것으로 알려져 있다.

보호필름으로서 TAC 필름을 사용하여 편광판을 제작하는 경우 PVA 성분의 편광자와의 접착을 위해 수계 PVA 계 접착제를 주로 사용하여 왔다. 이 때, 접착력 향상을 위해 TAC 필름 표면을 알칼리 처리 또는 코로나 처리를 하여 사용하게 된다. 그러나 아크릴 필름과 수계 PVA 접착제를 편광판 제작에 사용하는 경우 알칼리 처리 또는 코로나 처리 등으로 쉽게 접착력을 확보하기 어렵다. 기존 TAC 필름의 경우에는 알칼리 처리 또는 코로나 처리를 통해 필름 표면에 히드록시기 등의 친수성 기가 도입되어 PVA계 접착제와의 수소 결합을 통해 접착력이 쉽게 확보되나, 아크릴 필름은 표면을 코로나 처리 또는 플라즈마 처리하여도 아크릴 필름과 PVA 성분의 편광자 사이에 충분한 접착력이 확보되지 않는다.

아크릴 필름과 편광자를 붙이기 위하여 아크릴계 UV 경화형 접착제가 사용될 수 있으나, UV 경화형 접착제를 사용할 경우 별도의 UV 경화 공정이 필요하고, 휘발성의 인화성 모노머 사용 등으로 방폭 설비가 추가적으로 필요하며, 기존 수계 PVA 접착제는 고형분 함량 조절 및 공정 관리를 통해 접착제 두께를 100nm 내외로 얇게 할 수 있는 반면, 상기 아크릴계 UV 경화형 접착제는 일반적으로 접착층의 두께를 1mm 이하로 조절하기 어려워 접착층의 취성(brittleness) 증가에 따른 편광판 부러짐 등의 문제가 발생할 수 있고, 아크릴 필름 측과의 접착은 용이하나 편광자 측과의 접착력 확보가 쉽지 않다. 편광자와의 접착력을 확보하기 위하여 산성 반응기를 다량 포함시키기도 하지만, 산에 의한 공정 부식 및 작업 환경 측면에서 바람직하지 않다.

이에 기존 접착제를 이용하여 작업성을 향상시키기 위해 아크릴 필름에 프라이머층의 도입이 필요하며 접착력이 안정적인 투명한 프라이머 조성물의 개발이 요구되고 있다.

이에 본 발명의 한 측면은 기재와 접착층 사이의 접착성이 우수하고 광학필름의 투명성을 저해하지 않는 프라이머 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 측면은 상기 프라이머 조성물로 이루어진 프라이머층이 편광자와 광학필름 사이에 형성된 편광판을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 측면은 상기 프라이머층을 구비한 광학필름의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 견지에 의하면, 프라이머 조성물 100 중량부에 대하여 폴리우레탄 고분자 1 내지 30 중량부, 수분산성 미립자 0.1 내지 10 중량부 및 잔부의 물을 포함하는 프라이머 조성물이 제공된다.

상기 폴리우레탄 고분자의 중량평균분자량은 3만 내지 10만인 것이 바람직하다.

상기 폴리우레탄 고분자를 3 내지 20 중량부 포함하는 것이 바람직하다.

상기 폴리우레탄 고분자는 카르복실산기를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 폴리우레탄 고분자는 폴리올과 이소시아네이트를 반응시켜 획득되는 것이 바람직하다.

상기 폴리올은 폴리에스테르폴리올, 폴리에테르 폴리올 및 폴리카보네이트다이올로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 1종인 것이 바람직하다.

상기 이소시아네이트는 톨루엔디이소시아네이트(TDI), 4,4-디페닐메탄디이소시아네이트(MDI), 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트(NDI), 톨리딘 디이소시아네이트(TODI), 헥사메틸렌디이소시아네이트(HDI), 이소프론디이소시아네이트(IPDI), p-페닐렌 디이소시아네이트, 트랜스시클로헥산, 1,4-디이소시아네이트 및 자이렌디이소시아네이트(XDI)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 1종인 것이 바람직하다.

상기 수분산성 미립자는 실리카, 티타니아, 알루미나, 지르코니아 및 안티몬계 미립자로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 무기 산화물인 것이 바람직하다.

상기 수분산성 미립자는 실리콘계 수지, 불소계 수지, (메트)아크릴계 수지, 가교 폴리비닐알코올 및 멜라민계 수지로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다.

상기 수분상성 미립자의 평균 직경은 10 내지 200nm인 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 견지에 의하면, 상기 프라이머 조성물로 이루어진 프라이머층이 광학필름의 적어도 일면에 형성된 광학필름이 제공된다.

상기 프라이머층 표면의 수접촉각은 40 내지 100도인 것이 바람직하다.

상기 광학필름은 아크릴계 필름인 것이 바람직하다.

상기 아크릴계 필름은 알킬(메트)아크릴레이트계 단위 및 스티렌계 단위를 포함하는 공중합체, 및 주쇄에 카보네이트 부를 갖는 방향족계 수지를 포함하는 필름인 것이 바람직하다.

상기 아크릴계 필름은 알킬(메트)아크릴레이트계 단위, 스티렌계 단위, 적어도 하나의 카르보닐기로 치환된 3 내지 6원소 헤테로고리 단위 및 비닐 시아나이드 단위를 포함하는 필름인 것이 바람직하다.

상기 프라이머층의 두께는 50nm 내지 1000nm인 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 견지에 의하면, 편광자 및 상기 편광자의 일면 또는 양면에 부착되며, 상기 프라이머 조성물로 이루어진 프라이머층이 광학필름의 적어도 일면에 형성된 광학필름을 포함하는 편광판이 제공된다.

상기 편광자의 일면 또는 양면에 접착층이 형성된 것이 바람직하며, 상기 접착층은 폴리비닐알코올(PVA)계 수지로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 견지에 의하면, 상기 본 발명의 프라이머 조성물을 광학필름의 적어도 일면에 코팅하는 단계, 및 상기 코팅된 광학필름을 건조하는 단계를 포함하는, 프라이머층을 구비한 광학필름의 제조방법이 제공된다.

상기 광학필름의 적어도 일면에 알칼리 처리, 코로나 처리, 및 플라즈마 처리로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 표면 처리를 수행하는 단계를 추가로 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 프라이머 조성물은 접착성이 우수하고 광학필름의 투명성을 저해하지 않으면서 기존의 편광판 합지 공정에 추가의 공정이나 설비 없이 그대로 적용될 수 있으며, 특히 아크릴 필름을 편광자 보호필름으로 사용할 때 편광자와 우수한 접착성을 부여하고 편광판의 광학물성 및 내구성을 저해하지 않는다.

도 1은 종래의 편광판 구조를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 예에 따른 편광판의 구조를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 예에 따른 편광판의 구조를 도시한 것이다.

이하 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명은 광학필름과 접착층 사이의 접착력을 향상시키고, 우수한 내수성의 편광판을 제조하기 위한 프라이머 조성물을 제공한다.

본 발명의 프라이머 조성물은 방폭 설비의 도입이 필요하지 않은 점에서 수용성인 것이 바람직하다. 본 발명의 프라이머 조성물은 프라이머 조성물 100 중량부에 대하여 폴리우레탄 고분자 1 내지 30 중량부, 수분산성 미립자 0.1 내지 10 중량부 및 잔부의 물을 포함하며, 바람직하게는 폴리우레탄 고분자를 3 내지 20 중량부 포함하고, 더욱 바람직하게는 폴리우레탄 고분자를 5 내지 15 중량부 포함한다.

이 때 '잔부의 물'이란 폴리우레탄 고분자 및 수분산성 미립자를 상기 중량부의 범위 내에서 포함하되, 총 프라이머 조성물이 100 중량%가 될 때까지 나머지 중량을 물로 채우는 것을 의미한다.

폴리우레탄 고분자가 프라이머 조성물 100 중량부에 대하여 1 중량부 미만으로 포함되는 경우에는 접착성이 저하되고, 30 중량부를 초과하는 경우에는 점도가 높아져서 코팅 시에 레벨링이 되지 않고 건조 시간이 길어지는 문제가 있다.

한편, 수분산성 미립자가 프라이머 조성물 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 미만으로 포함되는 경우에는 권취 시 필름간 슬립이 되지 않아서 파단이 일어날 수 있는 문제가 있고, 10 중량부를 초과하는 경우에는 평균직경 50nm 이상의 수분산성 미립자 사용 시 헤이즈(Haze) 값이 상승하여 헤이즈가 0.3 이하인 투명 필름을 제조하는 것이 어려운 문제가 있다.

상기 폴리우레탄 고분자의 중량 평균분자량은 1만 내지 10만인 것이 바람직하며, 분자량이 1만 미만인 경우는 접착력 문제가 있고, 10만을 초과하는 경우는 수분산 우레탄 제조에 어려움이 있다.

상기 우레탄 고분자는 바람직하게는 카르복실산기를 포함한다. 우레탄 고분자에 카르복실기가 포함되는 경우, 우레탄 제조 시 음이온부를 형성하여 물에 분산되도록 하며 따라서 편광자와의 밀착성을 높여주는 역할을 한다.

상기 카르복실기를 포함하는 우레탄 고분자는 예를 들어 폴리올과 폴리이소시아네이트에 추가하여 유리 카르복실기를 갖는 사슬 연장제를 반응시킴으로써 획득할 수 있다. 카르복실기를 갖는 사슬 연장제는 디하이드록시 카르복실산, 디하이드록시 숙신산 등을 들 수 있다. 디하이드록시 카르복실산은 예를 들어 디메틸올아세트산, 디메틸올부탄산, 디메틸올프로피온산, 디메틸올부티르산, 디메틸올펜탄산 등의 디메틸올알칸산을 포함하는 디알킬올 알칸산을 들 수 있다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.

상기 폴리우레탄 고분자는 폴리올과 폴리이소세아네이트를 반응시킴으로써 얻어진다. 상기 폴리올로서는 분자 중에 하이드록실기를 2개 이상 갖는 것이면 특별히 한정되지 않으며, 임의의 적절한 폴리올을 채용할 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리올은 폴리에스테르폴리올, 폴리에테르 폴리올, 폴리카보네이트다이올 등 일 수 있으며, 이들로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 1종으로서, 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 이용할 수 있다.

상기 폴리올은 에틸렌글리콜, 1,2-프로판온디올, 1,3-프로판디올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 네올펜틸글리콜, 펜탄디올, 1,6-헥산디올, 1,8-옥탄디올, 1,10-데칸디올, 4,4'-디히드록시페닐프로판, 4,4'-디히드록시메틸메탄, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 1,4-시클로헥산디메탄올, 1,4-시클로헥산디올, 비스페놀 A, 비스페놀 F, 글리세린, 1,1,1-트리메틸올프로판, 1,2,5-헥사트리올, 펜타에리트리올, 글루코오스, 수크로오스, 및 소르비톨로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 1종인 것이 바람직하다.

한편, 상기 폴리에스테르폴리올은 대표적으로는 다염기산 성분과 폴리올 성분을 반응시킴으로써 획득할 수 있다. 다염기산 성분으로서는 예를 들어 오르토(ortho)-프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 1,4-나프탈렌디카르복실산, 2,5-나프탈렌디카르복실산, 2,6-나프탈렌디카르복실산, 비페닐디카르복실산, 테트라하이드로프탈산 등의 방향족 디카르복실산; 옥살산, 숙신산, 말론산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산, 수베르산, 아젤라인산, 세바스산, 리놀레산, 말레산, 푸마르산, 메사콘산, 이타콘산 등의 지방족 디카르복실산; 헥사하이드로프탈산, 테트라하이드로프탈산, 1,3-시클로헥산디카르복실산, 1,4-시클로헥산디카르복실산 등의 지환식 디카르복실산; 또는 이들의 산 무수물, 알킬 에스테르, 산 할라이드 등의 반응성 유도체 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 나아가, 폴리테트라메틸렌글리콜(PTMG), 폴리프로필렌글리콜(PPG) 및 폴리에틸렌글리콜(PEG)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 1종인 것이 보다 바람직하다.

상기 폴리카보네이트폴리올은 폴리(헥사메틸렌 카보네이트)글리콜 및 폴리(사이클로헥산카보네이트)글리콜로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 1종인 것이 바람직하다.

상기 폴리에테르 폴리올은 대표적으로는 다가 알코올에 알킬렌옥사이드를 개환 중합하여 부가시킴으로써 획득될 수 있다. 다가 알코올로서는 예를 들어 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 글리세린, 트리메틸올프로판 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 이용할 수 있다.

상기 이소시아네이트는 2 이상의 NCO기를 갖는 화합물이면 제한되지 않으나, 예를 들어, 톨루엔디이소시아네이트(TDI), 4,4-디페닐메탄디이소시아네이트(MDI), 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트(NDI), 톨리딘 디이소시아네이트(TODI), 헥사메틸렌디이소시아네이트(HMDI), 이소프론디이소시아네이트(IPDI), p-페닐렌 디이소시아네이트, 트랜스시클로헥산, 1,4-디이소시아네이트 및 자이렌디이소시아네이트(XDI)로 이루어진 그룹으로부터 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.

상기 우레탄 수지의 제조방법은 당해 기술 분야에 알려진 임의의 적절한 방법을 채용할 수 있다. 구체적으로는 상기 각 성분을 한번에 반응시키는 원샷법, 단계적으로 반응시키는 다단법을 들 수 있다. 우레탄 수지가 카르복실기를 갖는 경우 바람직하게는 다단법에 의해 제조하며, 다단법에 의하면 카르복실기를 용이하게 도입할 수 있기 때문에다. 나아가, 상기 우레탄 수지의 제조 시에 임의의 적절한 우레탄 반응 촉매를 이용할 수 있다.

상기 우레탄 수지의 제조에 있어서, 상기의 성분에 추가로 다른 폴리올 및/또는 다른 사슬 연장제를 반응시킬 수 있다.

다른 폴리올로서 예를 들어 소르비톨, 글리세린, 트리메틸올에탄, 트리메틸올프로판, 펜타에리트리톨 등의 수산기 수가 3개 이상인 폴리올을 들 수 있다.

다른 사슬 연장제로서는 예를 들어 어틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 1,3-프로판디올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 네오펜틸글리콜, 펜탄디올, 1,6-헥산디올, 프로필렌글리콜 등의 글리콜류; 에틸렌디아민, 프로필렌디아민, 헥사메틸렌디아민, 1,4-부탄디아민, 아미노에틸에칸올아민 등의 지방족 디아민; 이소포론디아민, 4,4'-디시클로헥실메탄디아민 등의 지환족 디아민; 자일릴렌디아민, 톨릴렌디아민 등의 방향족 디아민 등을 들 수 있다.

나아가, 상기 우레탄 수지의 제조에 있어서 중화제를 이용할 수 있다. 중화제를 이용함으로써 수중에 있어서의 우레탄 수지의 안정성이 향상될 수 있다. 중화제로서는 예를 들어 암모니아 N-메틸모르폴린, 트리에틸아민, 디메틸에탄올아민, 메틸디에탄올아민, 트리에탄올알킨, 모르폴린, 트리프로필아민, 에탄올 아민, 트리이소프로판올아민 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 이용할 수 있다.

상기 우레탄 수지의 제조 시에 바람직하게는 상기 폴리이소시아네이트에 대하여 불활성이고 물과 상용하는 유기 용제를 이용한다. 당해 유기 용제로는 아세트산에틸, 에틸셀로솔브아세테이트 등의 에스테르계 용제; 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤 등의 케톤계 용제; 디옥산 테트라하이드로푸란 등의 에테르계 용제 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 이용할 수 있다.

본 발명에 사용될 수 있는 상기 수분산성 미립자는 임의의 적절한 미립자를 이용할 수 있으며, 바람직하게는 수분산성의 미립자를 이용한다. 구체적으로는 무기계 미립자. 유기계 미립자를 모두 이용할 수 있다. 무기계 미립자로서는 예를 들어 실리카, 티타니아, 알루미나, 지르코니아, 안티몬계 등의 무기 산화물 등을 들 수 있다. 유기계 미립자로서는 예를 들어 실리콘계 수지, 불소계 수지, (메트)아크릴계 수지, 가교 폴리비닐알코올, 멜라민계 수지 등을 들 수 있다.

상기 수분산성 미립자 중에서도 바람직하게는 실리카를 이용하며, 실리카는 블로킹 억제능이 더욱 우수하고, 또한 투명성이 우수하여, 헤이즈를 발생시키지 않고, 착색도 없으므로, 편광판의 광학 특성에 미치는 영향이 보다 작기 때문에다. 또한, 실리카는 프라이머 조성물에 대한 분산성 및 분산 안정성이 양호하므로, 프라이머층 형성 시의 작업성도 보다 우수할 수 있기 때문이다.

상기 수분산성 미립자의 평균 직경(평균 1차 입자 직경)은 바람직하게는 10 내지 200nm이며, 더욱 바람직하게는 20 내지 70nm이다. 수분산성 미립자의 평균 직경이 10nm 보다 작을 때는 표면에너지가 높아지므로 프라이머 용액 내에서 실리카의 응집이 발생하여 침전이 일어나 용액의 안정성이 문제가 될 수 있고, 200nm 보다 큰 경우에는 실리카가 프라이머 용액 내에서 분산이 고르지 않아 입자가 뭉치게 되면 가시광선(400nm-800nm) 파장보다 크기가 커져서 400nm 이상의 빛을 산란하여 헤이즈가 상승하게 된다. 상기와 같은 범위의 입자 직경을 갖는 미립자를 이용함으로써, 프라이머층 표면에 적절히 요철을 형성하여, 특히 아크릴계 필름과 프라이머층 및/또는 프라이머층끼리의 접촉면에 있어서의 마찰력을 효과적으로 저감시킬 수 있다. 그 결과, 블로킹 억제능이 더욱 우수할 수 있다.

본 발명의 프라이머 조성물을 수계이므로, 바람직하게 상기 미립자는 수분산체로 배합된다. 구체적으로, 미립자로서 실리카를 채용하는 경우, 바람직하게는 콜로이달 실리카로서 배합된다. 콜로이달 실리카로서는 당해 기술 분야에서 시판되는 제품을 그대로 이용할 수 있으며, 예를 들어 닛산 화학 공업(주) 제조의 스노우텍스 시리즈, 에어프로덕트의 AEROSIL 시리즈, 일본촉매의 epostar 시리즈 및 soliostar RA 시리즈, Ranco의 LSH 시리즈 등을 사용할 수 있다.

또한 본 발명은 상기 프라이머 조성물로 이루어진 프라이머층이 광학필름의 적어도 일면에 형성된 광학필름을 제공한다. 상기 프라이머 조성물은 상술한 바와 같다.

본 발명의 상기 프라이머층 표면의 수접촉각은 40 내지 100도가 바람직하며, 보다 바람직하게는 50 내지 90도이며, 더욱 바람직하게는 60 내지 80도이다. 수접촉각이 40도 미만인 경우는 프라이머층의 친수성이 강하기 때문에 편광자의 요오드와 반응하여 요오드 배열을 저해하여 단체색상이 흩뜨려지고 편광도가 저해될 수 있으며, 수접촉각이 100도를 초과하는 경우 프라이머층의 소수성이 강하여 편광자와의 접착이 어렵게 된다.

상기 광학필름은 단일의 층이거나 또는 2층 이상의 필름이 적층된 구조일 수도 있으며, 2층 이상의 필름이 적층된 구조인 경우 적층되는 필름들은 서로 동일하거나 상이한 재료로 이루어질 수 있다. 본 발명에 있어서 광학필름이란 광학적 기능을 수행하는 필름을 통칭하며, 광투과율이 80% 이상인 협의의 투명필름뿐만 아니라, 편광판과 같이 특정의 광학적 기능을 수행하기 위한 필름인 경우 광투과율이 50% 이하인 광학필름도 포함한다.

보다 상세하게, 상기 광학필름은 아크릴계 필름인 것이 바람직하며, (메트)아크릴레이트계 수지를 함유할 수 있다. (메트)아크릴레이트계 수지를 포함하는 필름은 예를 들어 (메트)아크릴레이트계 수지를 주성분으로 함유하는 성형 재료를 압출 성형에 의해 성형하여 획득할 수 있다.

상기 아크릴계 필름은 알킬(메트)아크릴레이트계 단위 및 스티렌계 단위를 포함하는 공중합체, 및 주쇄에 카보네이트 부를 갖는 방향족계 수지를 포함하는 필름이거나, 알킬(메트)아크릴레이트계 단위, 스티렌계 단위, 적어도 하나의 카르보닐기로 치환된 3 내지 6원소 헤테로 고리 단위 및 비닐 시아나이드 단위를 포함하는 필름일 수 있다. 또한, 락톤 구조를 갖는 아크릴계 수지일 수 있다.

락톤 고리 구조를 갖는 (메트)아크릴레이트계 수지의 구체적인 예로서는 예를 들어 일본 공개특허공보 제2000-230016호, 일본공개특허공보 제 2001-151814호, 일본 공개특허공보 제 2002-120326호 등에 기재된 락톤 고리 구조를 갖는 (메트)아크릴레이트계 수지를 들 수 있다.

방향족 고리를 갖는 (메트)아크릴레이트계 수지로서는 한국공개특허 10-2009-0115040에 기재된 (a) 1종 이상의 (메트)아크릴레이트계 유도체를 포함하는 (메트)아크릴레이트계 유닛; (b) 히드록시기 함유부를 갖는 쇄 및 방향족 부를 갖는 방향족계 유닛; 및(c) 1종 이상의 스티렌계 유도체를 포함하는 스티렌계 유닛을 포함하는 수지 조성물을 들 수 있다. 상기 (a) 내지 (c) 유닛들은 각각 별도의 공중합체 형태로 수지 조성물에 포함될 수도 있고, 상기 (a) 내지 (c) 유닛들 중 2 이상의 유닛이 하나의 공중합체 형태로 수지 조성물에 포함될 수도 있다.

상기 (메트)아크릴레이트계 수지 필름의 제조 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 (메트) 아크릴레이트계 수지와 그 밖의 중합체, 첨가제 등을 임의의 적절한 혼합 방법에 의해 충분히 혼합하여 열가소성 수지 조성물을 제조한 후 이를 필름 성형하여 제조하거나, 또는 (메트) 아크릴레이트계 수지와, 그 밖의 중합체, 첨가제 등을 별도의 용액으로 제조한 후 혼합하여 균일한 혼합액을 형성한 후 이를 필름 성형할 수도 있다.

상기 열가소성 수지 조성물은 예를 들어 옴니 믹서 등 임의의 적절한 혼합기로 상기 필름 원료를 프리블렌드한 후 얻어진 혼합물을 압출 혼련하여 제조한다. 이 경우, 압출 혼련에 이용되는 혼합기는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 단축 압출기, 2축 압출기 등의 압출기나 가압 니더 등 임의의 적절한 혼합기를 이용할 수 있다.

상기 필름 성형의 방법으로서는, 예를 들어 용액 캐스트법(용액 유연법), 용융 압출법, 캘린더법, 압축 성형법 등 임의의 적절한 필름 성형법을 들 수 있다. 이들 필름 성형법 중 용액 캐스트 법(용액 유연법), 용융 압출법이 바람직하다.

상기 용액 캐스트법(용액 유연법)에 이용되는 용매는 예를 들어 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등의 방향족 탄화수소류; 시클로헥산, 데칼린 등의 지방족 탄화수소류; 아세트산에틸, 아세트산부틸 등의 에스테르류; 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤 등의 케톤류; 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 이소부탄올, 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 부틸셀로솔브 등의 알코올류; 테트라하이드로푸란, 디옥산 등의 에테르류; 디클로로메탄, 클로로포름, 사염화탄소 등의 할로겐화 탄화수소류; 디메틸포름아미드; 디메틸술폭시드 등을 들 수 있다. 이들 용매는 단독으로 이용해도 되고 2종 이상을 병용해도 된다.

상기 용액 캐스트법(용액 유연법)을 실시하기 위한 장치로는 예를 들어 드럼식 캐스팅 머신, 밴드식 캐스팅 머신, 스핀 코터 등을 들 수 있다. 상기 용융 압출법으로는 예를 들어 T 다이법, 인플레이션법 등을 들 수 있다. 성형 온도는 바람직하게는 150~350℃, 보다 바람직하게는 200~300℃이다.

상기 T 다이법으로 필름을 성형하는 경우에는, 공지된 단축 압출기나 2축 압출기의 선단부에 T 다이를 장착하고, 필름 형상으로 압출된 필름을 권취하여 롤 형상의 필름을 얻을 수 있다. 이 때, 권취롤의 온도를 적절히 조정하여 압출 방향으로 연신을 가함으로써 1축 연신할 수도 있다. 또한, 압출 방향과 수직인 방향으로 필름을 연신함으로써 동시 2축 연신, 축차 2축 연신 등을 실시할 수도 있다.

상기 아크릴계 필름은 미연신 필름 또는 연신 필름 중 어느 것일 수 있다. 연신 필름인 경우에는 1축 연신 필름 또는 2축 연신 필름 일 수 있고, 2축 연신 필름인 경우에는 동시 2축 연신 필름 또는 축차 2축 연신 필름 중 어느 것일 수 있다. 2축 연신한 경우에는 기계적 강도가 향상되어 필름 성능이 향상된다. 아크릴계 필름은 다른 열가소성 수지를 혼합함으로써, 연신하는 경우에도 위상차의 증대를 억제할 수 있고, 광학적 등방성을 유지할 수 있다.

연신 온도는, 필름 원료인 열가소성 수지 조성물의 유리전이 온도 근처의 범위인 것이 바람직하고, 바람직하게는 (유리 전이 온도 -30℃)~(유리 전이 온도 + 100℃), 보다 바람직하게는 (유리전이온도 -20℃)~(유리전이온도 + 80℃)의 범위 내이다. 연신 온도가 (유리 전이 온도 -30℃) 미만이면 충분한 연신 배율이 얻어지지 않을 우려가 있다. 반대로, 연신 온도가 (유리 전이 온도 + 100℃)를 초과하면, 수지 조성물의 유동(플로우)이 일어나, 안정적인 연신을 실시하지 못할 우려가 있다.

면적비로 정의한 연신 배율은, 바람직하게는 1.1~25배, 보다 바람직하게는 1.3~10배이다. 연신 배율이 1.1배 미만이면, 연신에 수반되는 인성의 향상으로 이어지지 않을 우려가 있다. 연신 배율이 25 배를 초과하면, 연신 배율을 높인 만큼의 효과가 인정되지 않을 우려가 있다.

연신 속도는, 일 방향으로 바람직하게는 10~20,000 %/min, 보다 바람직하게는 100~10.000 %/min 이다. 연신 속도가 10%/min 미만인 경우에는 충분한 연신 배율을 얻기 위해 다소 오랜 시간이 소요되어 제조 비용이 높아질 우려가 있다. 연신 속도가 20,000 %/min을 초과하면 연신 필름의 파단 등이 일어날 우려가 있다.

아크릴계 필름은 이의 광학적 등방성이나 기계적 특성을 안정화시키기 위하여, 연신 처리 후에 열처리(어닐링) 등을 실시할 수 있다. 열처리 조건은 특히 제한되지 않으며 당업계에 알려진 임의의 적절한 조건을 채용할 수 있다.

한편, 상기 광학필름에는 필요한 경우 접착력 향상을 위한 표면처리가 수행될 수 있으며, 예를 들어 상기 광학필름의 적어도 일면에 알칼리 처리, 코로나 처리, 및 플라즈마 처리로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 표면 처리를 수행할 수 있다.

또한 본 발명은 편광자, 및 상기 편광자의 일면 또는 양면에 부착되며, 상기 프라이머 조성물로 이루어진 프라이머층이 광학필름의 적어도 일면에 형성된 광학필름을 포함하는 편광판을 제공한다. 즉, 본 발명은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 광학필름 사이에 편광자가 삽입되어 적층된 구조를 갖는 편광판에 있어서, 상기 적어도 하나의 광학필름과 편광자 사이에 본 발명의 프라이머 조성물에 의해 형성된 프라이머층이 구비되어 있는 편광판을 제공한다. 상기 프라이머 조성물 및 프라이머 조성물이 적용될 수 있는 광학필름은 상술한 바와 같다.

상기 편광자의 일면 또는 양면에 접착층이 형성될 수 있으며, 본 발명의 편광판 제조에 사용될 수 있는 접착층으로는 폴리비닐알코올(PVA)계 수지가 바람직하다. 특히, 아세토아세틸기 등을 포함한 변성 PVA 를 사용하는 경우 접착성을 더욱 향상시킬 수 있다. 구체적인 예로, 일본합성화학 Gohsefimer(상품명) Z-100, Z-200, Z-200H, Z-210, Z-220, Z-320 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 본 발명의 프라이머층은 특히 수접촉각이 90도에 달하는 극소수성인 아크릴 필름과 수접촉각이 50도 이하인 극친수성인 편광자 또는 수계 접착제 사이에 존재하여 서로 다른 표면 특성을 지닌 두 극성의 필름과 편광자 사이에서 완충작용을 하여 접착력을 부여할 수 있다.

본 발명에 따른 편광판은 35 내지 45%의 광투과율과 98 이상의 편광도를 가지는 것이 바람직하다.

또한 본 발명은 상기 본 발명의 프라이머 조성물을 광학필름의 적어도 일면에 코팅하는 단계, 및 상기 코팅된 광학필름을 건조하는 단계를 포함하는, 프라이머층을 구비한 광학필름의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 사용될 수 있는 광학필름은 상술한 바와 같다.

상기 프라이머 조성물을 상기 광학필름 상에 바(bar), 그라비어, 슬롯다이 코터를 이용하여 도포하고 건조함으로써 프라이머층을 형성할 수 있다. 상기 프라이머층의 두께는 50nm 내지 1000nm인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 100nm 내지 800nm이며, 더욱 바람직하게는 200nm 내지 500nm이다. 상기 프라이머층의 두께가 50nm미만인 경우 접착력이 충분하지 않은 문제가 있으며, 1000nm를 초과하는 경우 건조가 충분히 되지 않거나 수분산성 미립자가 프라이머층에 묻혀 슬립성을 제대로 부여할 수 없게 되는 문제가 있다.

상기 건조하는 단계는 컨벤션(convection) 오븐 등을 통해 수행될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는 100 ℃ 내지 120 ℃ 의 온도에서 1분에서 5 분 동안 수행된다. 상기 건조 온도는 코팅되는 단계에 따라 다르며, 연신이 완료된 필름의 경우 필름의 유리전이온도(Tg)를 넘지 않는 범위에서 수행될 수 있고, 연신을 포함하는 경우 연신과 동시에 연신 온도에서 건조가 이뤄지며 필름의 분해 온도(Td)를 넘지 않는 범위에서 수행된다.

나아가, 필요한 경우 접착력 향상을 위한 표면처리가 수행될 수 있으며, 예를 들어 상기 광학필름의 적어도 일면에 알칼리 처리, 코로나 처리, 및 플라즈마 처리로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 표면 처리를 수행하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 특히, 본 발명에 사용되는 광학필름이 락톤환을 포함하지 않는 아크릴계 필름인 경우에는 상기 표면 처리를 수행하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 본 발명에 따른 프라이머 조성물을 이용한 편광판 등의 광학물품은 본 발명의 프라이머 조성물의 우수한 광투과율로 인해 제조된 광학물품의 광투과율의 저하가 일어나지 않으며, 우수한 접착력을 제공하여 광학물품의 내구성을 향상시킬 수 있다. 특히, 편광판에 적용할 경우 프라이머 조성물에 의한 편광자의 투과도, 편광도, 색상 등 광학물성의 변화가 폴리비닐알코올계 접착제만을 사용한 경우와 거의 유사하므로 별도의 공정 조건 변화 없이도 양산 라인에 대체 적용이 가능한 장점이 있다.

나아가, 본 발명의 프라이머 조성물 또는 편광판을 포함하는 액정표시소자 등 다양한 전자소자를 제조할 수 있으며, 그 종류가 제한되는 것은 아니다. 상기 전자소자는 본 발명에 따른 프라이머 조성물을 이용하여 형성된 프라이머층을 포함하는 것을 제외하고는 당해 기술분야에 알려져 있는 구성을 가질 수 있다.

이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 발명의 예시를 위한 것이며, 하기 실시예에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것으로 의도되지 않는다.

실시예 1

CK-PUD-F(Chokwang-poly urethane dispersion: 고형분 30% 수용액) 33.3g, 콜로이달 실리카(고형분 20% 수용액) 1.4g, 순수 65.3g을 혼합하여 10wt%의 프라이머 조성물을 제조하고 코로나 처리한 아크릴계 필름에 #3 바(bar)로 약 300nm의 두께로 코팅 후 100℃에서 5분간 건조한 후 프라이머 처리한 아크릴계 필름을 제조하였다.

아크릴계 필름으로는 두께 50 ㎛의 일본촉매사의 AX-film을 사용하였으며, 필름의 표면은 50 W/m²/min의 조건으로 코로나 처리를 실시하였다. 편광자의 양면에 폴리비닐알코올계 접착제를 도포하고, 일면에는 아크릴계 필름을, 그리고 타면에는 알칼리 처리한 TAC 필름을 배치한 후 압착롤을 이용하여 압착한 후 80℃ 온도로 5분간 열풍 건조하여 편광판을 제조하였다.

실시예 2

CK-PUD-F(Chokwang-poly urethane dispersion: 고형분 30% 수용액) 33.3g, 콜로이달 실리카(고형분 20% 수용액) 1.4g, 순수 65.3g을 혼합하여 10wt%의 프라이머 조성물을 제조하고 코로나 처리한 아크릴계 필름에 #5 바(bar)로 약 500nm의 두께로 코팅한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정에 의해 편광판을 제조하였다.

실시예 3

SUPERFLEX210(Nippon Shokubai-poly urethane dispersion: 고형분 30% 수용액) 33.3g, 콜로이달 실리카(고형분 20% 수용액) 1.4g, 순수 65.3g을 혼합하여 10wt%의 프라이머 조성물을 제조하고 코로나 처리한 아크릴계 필름에 #5 바(bar)로 약 500nm의 두께로 코팅한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정에 의해 편광판을 제조하였다.

비교예 1

순수에 폴리비닐알코올 수지(평균 중합도 2400, 검화도 99.9%)에 녹여 4.5 wt%의 폴리비닐알코올 수용액을 제조하고, 이를 코로나 처리한 아크릴계 필름에 #5 바(bar)로 약 500nm의 두께로 코팅한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정에 의해 편광판을 제조하였다.

비교예 2

WLS 202(DIC-poly urethane dispersion) 10wt%의 프라이머 조성물을 코로나 처리한 아크릴계 필름에 #5 바(bar)로 약 500nm의 두께로 코팅한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정에 의해 편광판을 제조하였다.

비교예 3

프라이머 조성물을 처리하지 않은 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 공정에 의해 편광판을 제조하였다.

실험예 1: 편광판의 접착력 및 내수성의 평가

1. 접착력

TA.XT.Plus(Stable Micro Systems) texture analyser를 이용하여 폭 2cm로 아크릴 필름면을 고정하고 90도 필(peel) 박리력을 측정하였고, 측정거리는 5cm였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

접착력과 관련하여 편광판과 합지하였을 때 박리력은 3.0N/2cm 이상이 되어야 패널에 붙였다가 다시 떼어내는 리워크(rework) 작업을 안정적으로 수행할 수 있다.

2. 내수성

편광판의 한쪽 면을 점착제를 이용하여 유리판에 붙인 후, 60℃ 온도의 항온조에 침지한 상태로 방치하여 8시간 후의 편광자의 수축 및 아크릴 보호필름의 박리 여부로 내수성을 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

	보호필름	프라이머	수접촉각	접착력(N/2cm)	내수성
				아크릴면	8시간 후
실시예 1	A/TAC	P1	75	4.0	미박리
실시예 2	A/TAC	P1	75	5.0	미박리
실시예 3	A/TAC	P2	74	3.0	미박리
비교예 1	A/TAC	P3	50	0.3	박리
비교예 2	A/TAC	P4	88	0.3	박리
비교예 3	A/TAC	Ⅹ	88	0.1	박리

* A: 아크릴 필름

* TAC: 트리아세틸 셀룰로스 필름

* P1: CK-PUD-F 10%

* P2: SF210 10%

* P3: Polyvinyl alcohol 4.5%

* P4: WLS 202 10%

상기 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 프라이머 조성물을 이용하는 경우 접착력이 3.0N/2cm 이상이므로 리워크(rework) 작업을 안정적으로 수행할 수 있으며, 내수성이 향상된 편광판의 제조가 가능하다.

1: PVA 편광자
2: 접착층
3: TAC 필름
4: 아크릴 필름
5: 프라이머

Claims (26)

1. 프라이머 조성물 100 중량부에 대하여 폴리우레탄 고분자 1 내지 30 중량부, 수분산성 미립자 0.1 내지 10 중량부 및 잔부의 물을 포함하는 프라이머 조성물로 이루어지며, 표면의 수접촉각은 60 내지 80도인 프라이머층이 적어도 일면에 형성된 광학필름.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 폴리우레탄 고분자의 중량평균분자량은 3만 내지 10만인 광학필름.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 폴리우레탄 고분자를 3 내지 20 중량부 포함하는 광학필름.
   
4. 제 1항에 있어서, 상기 폴리우레탄 고분자는 카르복실산기를 포함하는 광학필름.
   
5. 제 1항에 있어서, 상기 폴리우레탄 고분자는 폴리올과 이소시아네이트를 반응시켜 획득되는 광학필름.
   
6. 제 5항에 있어서, 상기 폴리올은 폴리에스테르폴리올, 폴리에테르 폴리올 및 폴리카보네이트다이올로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 1종인 광학필름.
   
7. 제 5항에 있어서, 상기 이소시아네이트는 톨루엔디이소시아네이트(TDI), 4,4-디페닐메탄디이소시아네이트(MDI), 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트(NDI), 톨리딘 디이소시아네이트(TODI), 헥사메틸렌디이소시아네이트(HDI), 이소프론디이소시아네이트(IPDI), p-페닐렌 디이소시아네이트, 트랜스시클로헥산, 1,4-디이소시아네이트 및 자이렌디이소시아네이트(XDI)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 1종인 광학필름.
   
8. 제 1항에 있어서, 상기 수분산성 미립자는 실리카, 티타니아, 알루미나, 지르코니아 및 안티몬계 미립자로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 무기 산화물인 광학필름.
   
9. 제 1항에 있어서, 상기 수분산성 미립자는 실리콘계 수지, 불소계 수지, (메트)아크릴계 수지, 가교 폴리비닐알코올 및 멜라민계 수지로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 광학필름.
   
10. 제 1항에 있어서, 상기 수분상성 미립자의 평균 직경은 10 내지 200nm인 광학필름.
    
11. 삭제
12. 삭제
13. 제 1항에 있어서, 상기 광학필름은 아크릴계 필름인 광학필름.
    
14. 제 13항에 있어서, 상기 아크릴계 필름은 알킬(메트)아크릴레이트계 단위 및 스티렌계 단위를 포함하는 공중합체, 및 주쇄에 카보네이트 부를 갖는 방향족계 수지를 포함하는 필름인 광학필름.
    
15. 제 13항에 있어서, 상기 아크릴계 필름은 알킬(메트)아크릴레이트계 단위, 스티렌계 단위, 적어도 하나의 카르보닐기로 치환된 3 내지 6원소 헤테로고리 단위 및 비닐 시아나이드 단위를 포함하는 필름인 광학필름.
    
16. 제 13항에 있어서, 상기 프라이머층의 두께는 50nm 내지 1000nm인 광학필름.
    
17. 편광자; 및
    상기 편광자의 일면 또는 양면에 부착되며, 제 1항 내지 제 10항 및 제 13항 내지 제 16항 중 어느 한 항의 광학필름
    을 포함하는 편광판.
    
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22. 제 17항에 있어서, 상기 편광자의 일면 또는 양면에 접착층이 형성된 편광판.
    
23. 제 22항에 있어서, 상기 접착층은 폴리비닐알코올(PVA)계 수지로 이루어지는 편광판.
    
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