KR101383995B1 - 다층구조의 편광판 보호용 필름 - Google Patents

다층구조의 편광판 보호용 필름 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리프로필렌 및 대전방지 화합물을 포함하는 제1층; 폴리프로필렌, 스티프니스 강화제 및 핵제를 포함하는 제2층; 폴리프로필렌, 메탈로센 중합 폴리에틸렌 및 점착성 개질제를 포함하는 제3층이 순차적으로 적층된 편광판 보호용 필름을 제공한다.
본 발명은 기존의 편광판 보호용 필름으로 사용되는 폴리에스테르(PET) 재질의 필름보다 가볍고 유연하고 PET 필름과 동등 수준의 요구 물성을 만족시키면서도 제조공정이 간단하며, 원가가 훨씬 저렴하다. 또한 대전방지 화합물이 포함되어 대전방지특성이 부여됨으로써 편광판 제조과정 및 운송 등의 과정에서 먼지 및 오물로부터 오염을 방지할 수 있는 장점이 있다. 그리고 점착층을 구비하지 않고도 자착성에 의해 부착되는 장점이 있다.

Description

다층구조의 편광판 보호용 필름{MULTILAYER POLARIZER PROTECTION FILM}
본 발명은 편광판을 보호하기 위하여 편광판 전면에 부착되는 보호 필름에 관한 것으로서, 구체적으로는 폴리프로필렌을 포함하는 편광판 보호용 3층 필름에 관한 것이다.
LCD 모듈, TV, 노트북 컴퓨터, 모니터 등의 디스플레이 관련 기기는 운송, 보관 또는 가공시, 대기 중의 먼지나 이물질 등에 의해 발생되는 오염과 표면 손상(scratch)을 방지하기 위해 보호 필름을 화면에 부착한 상태로 취급하는 것이 일반적이다.
도1에 도시된 바와 같이, 디스플레이 관련 기기에 사용되는 편광판은 통상 2색성 색소를 흡착 배향시킨 폴리비닐알코올(PVA)(3) 수지로 이루어지는 편광자의 양측에 보호층 역할을 하는 트리아세틸셀룰로오스(Triacetyl cellulose, TAC)(2)를 적층하고, 필요에 따라 적층된 구조물에 다른 광학 필름(보호필름(1), 이형필름(5) 등)이 부착되어 있는 구조로 되어 있으며, 이 편광판은 점착제(4)를 통하여 액정 셀에 부착될 수 있다.
종래에는 이러한 편광판 보호필름(1)으로서, 대전방지제와 점착제가 혼합된 단일층에 의하여 보호필름 기재의 일측면이 코팅되거나, 또는 대전방지층과 점착층 각각에 의하여 보호필름 기재의 일측면이 별도로 코팅된 필름이 사용되었다.
도2에 도시된 바와 같이 폴리에스테르(PET)필름(7)을 편광판 보호용 필름의 기재로 사용하고 그 표면에 대전방지(Anti-static, AS)층(6)과 점착층(PSA)(8)을 코팅 처리한 제품이 주로 많이 사용되었다. 그러나, 이러한 제품의 경우 PET 재질 자체의 원가가 높고, 대전방지 코팅과 점착층 코팅을 위한 추가 공정이 필요하다는 문제점이 있었다.
제조원가를 줄이기 위해 PET 필름 대신에 올레핀계 수지를 기재로 사용하는 기술이 개발되어 왔다. 예컨대, 폴리올레핀(폴리에틸렌, 폴리프로필렌) 수지 기재의 일측면에 대전방지층과 아크릴 점착층을 중첩하여 보호필름을 형성하였으나, 대전방지층과 점착층을 형성하기 위해서 그라비아 코팅법, 롤 코팅법 등의 공정을 추가적으로 진행해야 하는 문제가 있어 왔다. 또한 기재로서 프로필렌계 중합체와 에틸렌계 중합체의 혼합물을 사용하고 이러한 기재의 일측면에 점착층을 구비하여 보호필름을 형성하였으나, 이 경우에도 점착층을 추가로 코팅해야 하는 공정이 필요하다는 문제가 있어 왔다. 또한, 폴리프로필렌 수지를 기재층으로, 에틸렌 초산비닐 공중합 수지(Ethylene Vinyl Acetate, EVA)를 점착층으로 하여 보호필름을 형성한 경우도 있는데, 이 필름은 다층 캐스트 성형장치를 사용하여 한번의 공정으로 제작할 수 있다. 그러나 대전방지 기능이 없어 필름의 외면에 먼지 및 이물질이 부착되어 오염이 되는 문제가 있으며, 또한, EVA를 채용한 제품은 전사 발생이 있어 편광판 보호용도로 사용이 불가능한 문제점이 있다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하여 기존의 편광판 보호용 필름으로 사용되는 필름보다 가볍고 유연하면서도 PET 필름과 동등한 수준 이상의 요구 물성을 만족시키고, 제조공정이 간단하며, 원가가 훨씬 저렴한 편광판 보호용 필름을 제공하는 데에 목적이 있으며, 또한 대전방지 화합물에 의해 대전방지특성이 부여됨으로써 편광판 제조과정 및 운송 등의 과정에서 먼지 및 오물로부터 오염을 방지할 수 있는 편광판 보호용 필름을 제공하는 데에 목적이 있다.
본 발명은 폴리프로필렌 및 대전방지 화합물을 포함하는 제1층; 폴리프로필렌, 스티프니스 강화제 및 핵제를 포함하는 제2층; 폴리프로필렌, 메탈로센 중합 폴리에틸렌 및 점착성 개질제를 포함하는 제3층이 순차적으로 적층된 편광판 보호용 필름을 제공한다.
또한 본 발명은 폴리프로필렌 및 대전방지 화합물을 포함하는 제1 조성물과, 폴리프로필렌, 스티프니스 강화제 및 핵제를 포함하는 제2 조성물과, 폴리프로필렌, 메탈로센 중합 폴리에틸렌 및 점착성 개질제를 포함하는 제3 조성물을 각각 제조하는 단계; 및 상기 제1 내지 제3의 조성물을 3-레이어 캐스트 필름 공압출(3-layer cast film co-extrusion)하는 단계를 포함하는 편광판 보호용 필름의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 편광판 보호용 필름은 기존의 보호용 필름인 폴리에스테르(PET) 재질의 필름보다 가볍고 유연하면서도 PET 필름과 동등한 수준 이상의 요구 물성을 만족시키고 제조공정이 간단하며, 제조원가가 훨씬 저렴하다. 또한 대전방지 화합물에 의해 대전방지특성이 부여됨으로써 편광판 제조과정 및 운송 등의 과정에서 먼지 및 오물로부터 오염을 방지할 수 있는 장점이 있다. 그리고 점착층을 구비하지 않고도 자착성에 의해 부착되며, 메탈로센 원료를 사용하기 때문에 전사 발생이 없는 장점이 있다.
도 1은 일반적인 편광판의 단면을 나타낸 개략도이다.
도 2은 종래의 편광판 보호용 필름의 단면을 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 편광판 보호용 필름의 단면을 나타낸 개략도이다.
본 발명의 편광판 보호용 필름은 폴리프로필렌 및 대전방지 화합물을 포함하는 제1층; 폴리프로필렌, 스티프니스 강화제 및 핵제를 포함하는 제2층; 폴리프로필렌, 메탈로센 중합 폴리에틸렌 및 점착성 개질제를 포함하는 제3층이 순차적으로 적층된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 편광판 보호용 필름은 폴리비닐알콜(PVA)(3) 수지로 이루어진 편광자에 보호층 역할을 하는 TAC필름(2)위에 부착되어 편광판을 보호한다(도1 참조). 바람직하게는 도3에 도시된 바와 같이 본 발명의 편광판 보호용 필름은 폴리프로필렌 및 대전방지 화합물을 포함하는 제1층(9)이 외부와 접하는 외층이 되며, 폴리프로필렌, 스티프니스 강화제 및 핵제를 포함하는 제2층(10)이 중층이 되며, 폴리프로필렌, 메탈로센 중합 폴리에틸렌 및 점착성 개질제를 포함하는 제3층(11)이 내층이 되어 TAC필름(2)과 직접 접하게 된다.
제1층은 폴리프로필렌 및 대전방지 화합물을 포함한다.
제1층은 외부와 접하는 외층이며, 제1층은 대전방지 화합물이 포함되어 외부로부터 먼지 및 오물로부터 편광판의 오염을 방지하는 역할을 한다. 따라서 폴리올레핀 기재에 대전방지층을 부착하기 위하여 추가의 코팅 공정이 요구 되었던 종래의 기술과는 달리 본 발명의 편광판 보호용 필름은 별도의 대전방지제 코팅 공정이 없이 한꺼번에 제조될 수 있어 제조공정이 매우 간단하다. 즉, 본 발명에서는 3-레이어 캐스트 필름 공압출법에 의하여 단일공정으로 보호용 필름을 제조할 수 있다.
또한 종래에는 고가의 PET소재를 사용하였으나, 본 발명에서는 저렴한 재료인 폴리프로필렌을 사용하므로 원가를 절감할 수 있다.
폴리프로필렌 수지는 폴리프로필렌 호모폴리머 뿐만 아니라 프로필렌을 주체로 하고 소량의 에틸렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-옥텐 등의 탄소 원자수 2, 4~20의 알파-올레핀류의 1종 이상을 공중합 시킨 공중합체의 폴리프로필렌도 포함한다. 폴리프로필렌 공중합체를 이용하는 경우 프로필렌 이외의 다른 단량체의 함유량은 통상 10몰(mole)% 이하이다.
대전방지 화합물로는 이온성 계면활성제, 전도성 고분자, 금속산화물 등이 사용될 수 있다. 제1층에 포함되는 폴리프로필렌 및 대전방지 화합물의 중량비는 80~90 : 10~20 wt% 범위인 것이 바람직하다. 대전방지 화합물이 소량이면 효과가 미미하고, 과량이면 필름의 기계적 물성이 저하되는 문제점이 있다.
제2층은 중층으로서, 제1층과 제3층 사이에 존재하며, 폴리프로필렌, 스티프니스 강화제 및 핵제를 포함할 수 있다.
폴리프로필렌 수지는 폴리프로필렌 호모폴리머 뿐만 아니라 프로필렌을 주체로 하고 소량의 에틸렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-옥텐 등의 탄소 원자수 2, 4~20의 알파-올레핀류의 1종 이상을 공중합 시킨 공중합체의 폴리프로필렌도 포함한다. 폴리프로필렌 공중합체를 이용하는 경우 프로필렌 이외의 다른 단량체의 함유량은 통상 10몰(mole)% 이하이다.
제2층에 사용되는 폴리프로필렌은 제1층에 사용되는 폴리프로필렌과 동일하거나 혹은 상이할 수 있다.
제2층의 첨가제로는 수첨수지를 사용할 수 있으며, 이는 필름의 스티프니스를 증가시키는 역할을 한다.
또한, 핵제는 필름의 투명도를 증가시키기 위하여 제2층에 첨가할 수 있다. 제2층에 포함되는 폴리프로필렌, 스티프니스 강화제 및 핵제의 중량비는 70~90 : 5~15 : 5~15 wt% 범위인 것이 바람직하다. 스티프니스 강화제, 핵제가 소량이면 투명도 개선효과가 미미하며, 스티프니스 강화제, 핵제가 과량이면 필름 물성이 감소하는 문제가 있다.
제3층은 내층으로서 편광판에 직접 부착되는 층이다. 제3층은 폴리프로필렌, 메탈로센 중합 폴리에틸렌 및 점착성 개질제를 포함할 수 있다. 폴리프로필렌 수지는 폴리프로필렌 호모폴리머 뿐만 아니라 프로필렌을 주체로 하고 소량의 에틸렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-옥텐 등의 탄소 원자수 2, 4~20의 알파-올레핀류의 1종 이상을 공중합 시킨 공중합체의 폴리프로필렌도 포함한다. 폴리프로필렌 공중합체를 이용하는 경우 프로필렌 이외의 다른 단량체의 함유량은 통상 10몰(mole)% 이하이다.
제3층에 사용되는 폴리프로필렌은 제1층, 제2층에 사용되는 폴리프로필렌과 동일하거나 혹은 상이할 수 있다.
메탈로센 중합 폴리에틸렌은 메탈로센과 같은 단일 활성점의 촉매를 사용하여 중합된 것으로서 기존의 지글러-나타 촉매에 의해 생성된 폴리에틸렌에 비해서 구조가 균일한 특성이 있다. 메탈로센 중합 폴리에틸렌은 구조가 균일하여 폴리머 사슬이 단단히 얽혀있어 서로 꿰매어 놓은 듯한 상태가 되어서 접착력이 우수한 것으로 파악되고 있다. 따라서 자기점착성을 지니게 된다. 이와 같이 제3층에 존재하는 메탈로센 중합 폴리에틸렌의 자기점착성으로 인하여 본 발명의 보호필름은 점착층을 별도로 구비하지 않아도 편광판에 부착될 수 있다.
제3층의 첨가제로는 폴리프로필렌의 점착성 개질제인 비스타맥스(VISTAMAXX)를 사용할 수 있으며, 이는 필름의 점착력을 향상시키는 역할을 한다. 또한, 제3층에는 제2층에 사용되는 첨가제와 동일하거나 혹은 상이한 첨가제를 더 첨가할 수 있다. 제3층에 포함되는 폴리프로필렌, 메탈로센 중합 폴리에틸렌 및 점착성 개질제의 중량비는 60~80 : 15~25 : 5~15 wt% 범위인 것이 바람직하다. 메탈로센 중합 폴리에틸렌에 첨가되는 비스타맥스(VISTAMAXX)의 함량이 과량이면 접착력이 강해져서 보호필름을 박리할 때에 박리 불가 현상이 나타날수 있으며 너무 소량이면 합지시 미부착으로 인해 박리현상이 나타날수 있다.
본 발명의 편광판용 보호필름에 있어서 제1층, 제2층 및 제3층 필름의 두께비는 편광판 보호용 필름 전체두께 대비 25~35 : 30~50 : 25~35 % 범위일 수 있다. 제2층의 두께 비율이 높으면 투명도의 문제가 있고, 두께 비율이 낮으면 필름 스티프니스가 떨어지는 문제가 있다.
본 발명의 편광판 보호용 필름은 3-레이어 캐스트 필름 공압출(3-layer cast film co-extrusion) 방법에 의하여 단일공정으로 제조될 수 있다. 예를 들면 폴리프로필렌 및 대전 방지 화합물을 포함하는 제1 조성물과 폴리프로필렌, 스티프니스 강화제 및 핵제를 포함하는 제2 조성물과 폴리프로필렌, 메탈로센 중합 폴리에틸렌 및 점착성 개질제를 포함하는 제3 조성물을 각각 제조하는 단계; 및 상기 제1 내지 제3의 조성물을 3-레이어 캐스트 필름 공압출(3-layer cast film co-extrusion)하는 단계를 포함하는 방법에 의하여 제조될 수 있다. 공압출이란 이종(異種) 또는 동종(同種)의 물질을 다수의 압출기를 통해 용융시켜 피드블럭(feedblock)방식이나, 멀티 매니폴드(multi-manifold)방식 등을 통하여 다층의 용융된 상태로 토출시킨 후, 연신공정 또는 캐스트(cast) 공정 등을 거쳐 다층의 필름을 만드는 방법을 말한다. 공압출 장치는 서로 다른 특성을 갖는 수지 등을 용융하여 공급하는 다수의 압출기부와, 이 압출기부로 부터 공급되는 용융된 상태의 수지를 공급할 수 있도록 설치되는 다수의 공급관부와, 이 공급관부로부터 공급된 용융된 수지를 공급받아 시트형상으로 배출시키는 공압출 다이부로 구성될 수 있다. 본 발명에서는 당 업계에서 알려진 공압출 방법이라면 특별히 제한되지는 않으나, 바람직하게는 3-레이어 캐스트 필름 공압출 방법을 사용할 수 있으며, 특히, 미세필터가 부착된 압출기를 사용할 수 있다. 미세필터는 디스크타입, 잎모양(leaf)의 디스크타입, 와이어넷(wirenet) 타입이 있으며, 일면 또는 양면에 메쉬(mesh)를 보강한 필터를 사용할 수도 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 보다 자세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명이 이로써 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
하기 표1에 기재된 조성을 사용하여, 3층 압출필름을 제조한다. 상기 3층 압출필름은 3-레이어 캐스트 필름 공압출(3-layer cast film co-extrusion) 방법을 사용하여, 별도의 합지공정 및 대전방지 코팅공정 없이 단일 공정으로 제조된다.
사용된 폴리프로필렌(PP), 대전방지제, 스티프니스 강화제, 핵제는 구체적으로 다음과 같다.
- PP : 호남 석유 화학 (FC150B)
- 대전방지화합물(영구 대전 방지제): BASF 사 (P-16, P-18), 듀폰 사 (SD100 , AS500), 산요 사 (HOSTAT 2200), 아케마 (PEBAX MV2080) 중 1종 사용.
- 제2층 스티프니스 강화제(수첨 수지): EXXONMOBILE사의 HYDEOCARBORN RESIN OPPEARA PA 609N
- 제3층 점착성 개질제 : EXXONMOBILE 사의 VISTAMAXX 6100 제품
[비교예]
40㎛ 두께의 폴리에스테르 필름에 대전방지 코팅 및 점착제 코팅한 기존 제품을 사용한다.
실시예1 (두께 40㎛) 비교예 (두께 40㎛)
제1층 (두께30%) PP 85wt%
대전방지 화합물
15wt%		 PET (40㎛) + 대전방지코팅 + 점착제 코팅
제2층 (두께40
%)		 PP 80wt%
스티프니스 강화제 10wt%
핵제 10wt%
제3층 (두께30%) PP 70wt%
메탈로센 20wt%
점착성 개질제 10wt%
상기 실시예 1 및 비교예에서 제조된 필름의 특성은 표2에 나타냈다. 대전 방지 특성은 ASTM D 257-93에 의거하여 필름 표면의 고유 저항(Ω)을 측정하며, 필름의 스티프니스(stiffness)는 필름 촉감으로 테스트한다. 필름의 투명도(Haze)는 ASTM D 1003에 준하여 측정한다. 150㎛크기의 이물수는 외관관찰로 측정하며, 접착력(Adhesion strength)은 KSA 1107 로 측정하고, Durability(전사발생)는 TAC 제품에 대한 육안 관찰로 평가한다.
실시예1
#1		 실시예1
#2 		실시예1
#3 		실시예1
#4		 실시예1
#5 		비교 예
Adhesion
Strenght(gf/25mm) 		11 12 10 13 14 15
Durablility
(전사발생)		 없음 없음 없음 없음 없음 없음
Anti-static
?		 10뭐 이하 10뭐 이하 10뭐 이하 10뭐 이하 10뭐 이하 10뭐 이하
Haze(%) 4 5 4 6 4 2
Film Stiffness 5 6 5 7 7 14
이물수
150㎛크기
(ea/㎥)		 3개 이하 3개 이하 3개 이하 3개 이하 3개 이하 3개 이하
대전방지특성은 상기 실시예 1 및 비교예 모두, 업계에서 요구되는 수준(1011 Ω 이하)을 만족하는 것으로 나타났다.
또한, 필름 스티프니스(stiffness)도, 상기 실시예 1 및 비교예 모두, 업계에서 요구되는 수준을 만족하는 것으로 나타났으며, 상기 실시예 1의 필름 스티프니스가 비교예의 필름보다 작기 때문에, LCD 화면에 스크래치 발생을 줄일 수 있는 것으로 평가된다.
상기와 같이 실시예 1의 필름은 비교예와 유사하거나 또는 더 우수한 특성을 갖는 것으로 나타났으며, 별도의 사후처리가 없어 친환경적이고, 공정이 간단하며, 값싼 재질을 사용하여 원가를 절감할 수 있는 효과가 있는 것으로 나타났다.
1: 편광판 보호용 필름
2: TAC
3: PVA
4: 점착제
5: 이형필름
6: 대전방지층
7: PET
8: 점착층
9: 폴리프로필렌 + 대전방지 화합물
10: 폴리프로필렌 + 핵제 + 스티프니스 강화제
11: 폴리프로필렌 + 메탈로센 중합 폴리에틸렌 + 점착성 개질제

Claims (7)

  1. 폴리프로필렌 및 대전방지 화합물을 포함하는 제1층; 폴리프로필렌, 스티프니스 강화제 및 핵제를 포함하는 제2층; 및 폴리프로필렌, 메탈로센 중합 폴리에틸렌 및 점착성 개질제를 포함하는 제3층이 순차적으로 적층된 것을 특징으로 하는 편광판 보호용 필름.
  2. 제1항에 있어서, 제1층에 포함되는 폴리프로필렌 및 대전 방지 화합물의 중량비는 80~90 : 10~20 wt% 범위인 것을 특징으로 하는 편광판 보호용 필름.
  3. 제1항에 있어서, 제2층에 포함되는 폴리프로필렌, 스티프니스 강화제 및 핵제의 중량비는 70~90 : 5~15 : 5~15 wt% 범위인 것을 특징으로 하는 편광판 보호용 필름.
  4. 제1항에 있어서, 제3층에 포함되는 폴리프로필렌, 메탈로센 중합 폴리에틸렌 및 점착성 개질제의 중량비는 60~80 : 15~25 : 5~15 wt% 범위인 것을 특징으로 하는 편광판 보호용 필름.
  5. 제1항에 있어서, 3-레이어 캐스트 필름 압출(3-layer cast film extrusion) 방법에 의하여 압출된 것을 특징으로 하는 편광판 보호용 필름.
  6. 제1항에 있어서, 제1층, 제2층 및 제3층 필름의 두께비는 편광판 보호용 필름 전체두께 대비 25~35 : 30~50 : 25~35 % 범위인 것을 특징으로 하는 편광판 보호용 필름.
  7. 폴리프로필렌 및 대전방지 화합물을 포함하는 제1 조성물과 폴리프로필렌, 스티프니스 강화제 및 핵제를 포함하는 제2 조성물과 폴리프로필렌, 메탈로센 중합 폴리에틸렌 및 점착성 개질제를 포함하는 제3 조성물을 각각 제조하는 단계; 및
    상기 제1 내지 제3의 조성물을 3-레이어 캐스트 필름 공압출(3-layer cast film co-extrusion)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광판 보호용 필름의 제조방법.
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