KR101749381B1 - 편광자의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 편광자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 요오드 및 이색성 염료 중 적어도 하나가 일정한 방향으로 배향된 폴리비닐알코올계 편광자를 제공하는 단계; 및 상기 편광자를 친수성 용매 0.1 중량% 내지 10 중량%를 포함하는 수용액에 침지하는 단계를 포함하는 편광자의 제조 방법, 이를 이용하여 제조된 편광자 및 편광판에 관한 것이다.

Description

편광자의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 편광자 {PREPARING METHOD FOR POLARIZER AND POLARIZER PRODUCED USING THE SAME}
본 발명은 편광판의 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 편광판에 관한 것이다.
편광판은 액정표시장치, 유기전계발광장치 등과 같은 다양한 디스플레이 장치에 적용되고 있다. 현재 주로 사용되고 있는 편광판은 폴리비닐알코올(PolyVinyl Alcohol, 이하, PVA)계 필름에 요오드 및/또는 이색성 염료를 염착시킨 후, 붕산 등을 이용하여 상기 요오드 및/또는 이색성 염료를 가교하고, 연신하는 방법으로 배향시켜 PVA 편광자를 제조한 후, 상기 PVA 편광자의 일면 또는 양면에 보호 필름을 적층한 형태로 사용되고 있다.
한편, 상기와 같은 PVA 편광자의 보호 필름으로는 트리아세틸셀룰로오스(TAC, triacetyl cellulose)계 필름, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET, polyethylene terephthalate), 싸이클로올레핀 폴리머(COP, cycloolefin polymer), 아크릴계 필름 등을 단독 또는 혼합하여 사용하는 것이 일반적이다.
그러나, 상기와 같은 보호 필름은 그 종류에 따라 PVA 필름과의 접착력이 충분하지 못한 경우가 있어, 이를 해결하기 위해서 보호 필름의 표면에 플라즈마 처리, 코로나 처리 등의 표면 처리를 수행하거나, 프라이머층을 형성하는 방안이 제안되었다. 그러나, 이 경우 별도의 공정이 필요하고 표면 처리층 또는 프라이머층의 도포 및 건조 등에 시간이 소요되므로, 생산성이 현저히 떨어지는 문제점이 있다.
또한, PVA 편광자의 일면에만 보호 필름이 적층된 편광판을 점착층을 매개로 액정 패널에 부착하여 이용하는 경우, 보호 필름이 적층 되지 않은 면은 열이나 수분 등에 취약하여 쉽게 변성되거나 깨지는 등의 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 보호 필름과의 접착력을 향상시키기 위하여 별도의 표면 처리 공정이나 프라이머층을 형성하지 않아도 우수한 접착력을 갖고, 편광자의 일면에만 보호 필름이 부착된 형태로 적용되어도 내구성이 우수한 편광자의 제조방법을 제공하고자 한다.
일 측면에서, 본 발명은, 요오드 및 이색성 염료 중 적어도 하나가 일정한 방향으로 배향된 폴리비닐알코올계 편광자를 제공하는 단계; 및 상기 편광자를 친수성 용매 0.1 중량% 내지 10 중량%를 포함하는 수용액에 침지하는 단계를 포함하는 편광자의 제조 방법을 제공한다.
이때, 상기 친수성 용매는 극성 비양자성 용매 (polar aprotic solvent)인 것이 바람직하고, 보다 구체적으로, 상기 친수성 용매는 디메틸설폭사이드, 디메틸포름아마이드 및 테트라하이드로퓨란으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
한편, 상기 침지하는 단계는 10℃ 내지 50℃에서 1초 내지 60초간 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 편광자의 제조 방법은, 필요에 따라 상기 침지하는 단계 후에 건조하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이때 건조는 30℃ 내지 100℃ 범위에서 10초 내지 3분간 수행되는 것이 바람직하며, 오븐, 열풍, 에어 나이프, 에어 블로워 또는 히팅 롤을 이용하여 수행될 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명은, 상기와 같은 방법으로 제조된 것으로, 수분 함유율이 3 중량% 내지 20 중량%이며, 표면의 수 접촉각이 40° 내지 60°인 편광자를 제공한다.
이때, 상기 편광자의 인장 강도는 연신 방향을 기준으로 측정하였을 때, 0.2kgf/cm2 이상일 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 발명은, 상기 편광자; 상기 편광자의 일면 또는 양면에 접착제층을 매개로 적층된 보호 필름; 및 상기 편광자의 타면 또는 상기 보호 필름의 일면에 형성된 점착층을 포함하고, 상기 편광자 및 보호 필름 간의 접착력은 1.5N 내지 10N인 편광판을 제공한다.
본 발명에 따르면, 별도의 표면 처리 공정이나 프라이머층을 형성하지 않아도 투과도가 우수하면서도 보호 필름과의 접착력이 향상된 폴리비닐알코올계 편광자를 제조할 수 있으므로 편광판의 생산성이 매우 우수하다.
또한, 인장 강도가 우수하여 편광자의 일면에만 보호 필름이 적층된 형태로, 점착제를 이용하여 액정 패널에 부착하는 경우에도 내구성을 현저하게 향상시킬 수 있어 편광판의 박형화에 매우 유용한 역할을 하는 폴리비닐알코올계 편광자를 제조할 수 있다.
먼저 본 명세서에 사용되는 용어를 정의한다.
(1) 편광자의 수분 함유율이란 편광자에 포함되는 수분의 양을 측정한 것으로, 100mm × 100mm 크기의 샘플 편광자의 중량을 측정한 후, 상기 샘플 편광자를 100℃ 오븐에서 1시간 동안 건조시킨 후 중량을 측정한 다음, 하기 식 (1)에 의해 계산하는 방법으로 측정할 수 있다.
식 (1) : 수분 함유율 = {(초기 편광자의 중량 - 건조된 편광자의 중량) / 초기 편광자의 중량} × 100
(2) 편광자 표면의 수 접촉각이란, 편광자 표면에 증류수를 적하한 후, 편광자 표면과 증류수 방울이 이루는 각도를 측정한 값으로, 예를 들면, 3ml의 증류수를 편광자 표면에 떨어뜨린 후 CRUSS社 DSA100 (drop shape anlazer)를 이용하여 10초간 필름과 증류수 방울이 이루는 각을 측정한 평균값이다. 이때, 측정된 평균값이 낮을수록 친수성(hydrophilic)을 나타내고, 높을수록 소수성 (hydrophobic)을 나타낸다.
(3) 편광자의 인장 강도란 인장 하중에 의해 편광자가 파단 될 때까지의 최대 응력을 의미하며, 예를 들면, LLOYD社의 LRX Plus를 이용하여, 70mm × 25mm 크기로 샘플을 고정하여, preload를 0.1N 건 후 1cm/min 속도로 시료를 당겨 파단이 발생할 때까지 필요한 힘과 늘어나는 양을 측정하였다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명의 발명자들은 상기 별도의 표면 처리 공정이나 프라이머층을 형성하지 않아도 보호 필름과의 접착력 및 내구성이 향상된 폴리비닐알코올계 편광자를 제조하기 위하여 연구를 거듭한 결과, 편광자를 제조하는 공정에서, 요오드 및 이색성 염료 중 적어도 하나가 일정한 방향으로 배향된 폴리비닐알코올계 편광자를 친수성 용매를 특정 함량으로 포함하는 수용액에 침지하는 단계를 포함하여 편광자를 제조하는 경우, 친수성 용매 때문에 때문에 편광자 표면의 수 접촉각이 감소하고, 수분 함유율이 상승하는 것을 알아내었다. 즉, 표면의 수 접촉각이 낮고 수분 함유율이 높아 친수성이 향상된 편광자를 이용하는 경우, 별도의 표면 처리 공정이나 프라이머층을 형성하지 않아도 투과도가 우수하면서도 보호 필름과의 접착력이 현저히 향상되고, 인장 강도가 우수한 폴리비닐알코올계 편광자를 제조할 수 있음을 알아내고, 본 발명을 완성하였다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 편광판의 제조 방법은, 요오드 및 이색성 염료 중 적어도 하나가 일정한 방향으로 배향된 폴리비닐알코올계 편광자를 제공하는 단계; 및 상기 폴리비닐알코올계 편광자를 친수성 용매 0.1 중량% 내지 10 중량%를 포함하는 수용액에 침지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 편광판의 제조방법의 각 단계를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
먼저, 요오드 및 이색성 염료 중 적어도 하나가 일정한 방향으로 배향된 폴리비닐알코올계 편광자를 제공하는 단계에서 상기 편광자는 당해 기술 분야에 잘 알려진 폴리비닐알코올계 편광자의 제조 방법을 통해 제조하거나, 또는 시판되는 폴리비닐알코올계 편광자를 구입하여 사용할 수 있다. 이때, 시판되는 제품으로는 Kuraray社 PS60 또는 PE30, 일본합성社 M6000 또는 M3000 등이 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 폴리비닐알코올계 편광자를 제조하여 사용하는 경우, 그 제조방법은, 미연신 폴리비닐알코올계 필름에 요오드 및/또는 이색성 염료를 염착시키는 단계, 상기 폴리비닐알코올계 필름과 요오드 및/또는 이색성 염료를 가교시키는 단계, 및 상기 요오드 및/또는 이색성 염료가 염착된 폴리비닐알코올계 필름을 연신하는 단계를 통해 제조될 수 있다. 이때, 상기 염착 단계, 가교 단계 및 연신 단계는 당해 기술 분야에 알려져 있는 방법을 통해 수행될 수 있으며, 그 방법이 특별히 한정되는 것은 아니다.
먼저, 상기 염착 단계는 예를 들면, 요오드 및/또는 이색성 염료를 폴리 비닐 알코올계 필름에 염착시키기 위한 것으로, 요오드 분자 및/또는 염료 분자는 편광판의 연신 방향으로 진동하는 빛은 흡수하고, 수직 방향으로 진동하는 빛은 통과시킴으로써, 특정한 진동 방향을 갖는 편광을 얻을 수 있도록 해줄 수 있다.
일반적으로 염착은 폴리비닐알코올계 필름을 요오드 용액 등의 이색성 물질을 함유하는 용액이 담긴 처리욕에 함침시킴으로써 이루어질 수 있다. 이때, 상기 염착 단계의 용액에 사용되는 용매는 물이 일반적으로 사용되지만, 물과 상용성을 갖는 유기 용매가 적당량 첨가되어 있어도 된다. 한편, 요오드 등의 이색성 물질은 용매 100 중량부에 대해서, 0.03 중량부 내지 0.25 중량부의 비율로 사용되는 것이 바람직하다. 요오드 등의 이색성 물질이 상기 수치 범위 내로 포함되는 경우, 투과도가 우수한 편광자를 얻을 수 있기 때문이다.
한편, 이색성 물질로서 요오드를 이용하는 경우, 물에 대한 용해도가 낮은 요오드의 용해도를 높임으로써, 염착 효율의 개선을 위해 요오드화물 등의 보조제를 추가로 함유하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 보조제는 용매 100 중량부에 대하여 0.3 중량부 내지 5.0 중량부의 비율로 사용될 수 있다. 또한, 상기 요오드와 요오드화물의 중량 비율은 1:4 내지 1:12 정도가 바람직하다.
이때, 상기 보조제의 일 예인 요오드화물의 구체적인 예로는, 요오드화 칼륨, 요오드화 리튬, 요오드화 나트륨, 요오드화 아연, 요오드화 알루미늄, 요오드화 납, 요오드화 구리, 요오드화 바륨, 요오드화 칼슘, 요오드화 주석, 요오드화 티탄 또는 이들의 혼합물 등을 들 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
한편, 처리욕의 온도는 25℃ 내지 40℃ 정도로 유지되는 것이 바람직하다. 처리욕의 온도가 25℃ 미만인 경우에는 낮은 온도로 인해 염착 효율이 떨어질 수 있고, 40℃를 초과하는 경우에는 높은 온도로 인해 요오드의 승화가 많이 일어나 요오드의 사용량이 늘어날 수 있기 때문이다. 이때, 폴리비닐알코올계 필름을 처리욕에 침지하는 시간은 30초 내지 120초 정도인 것이 바람직하다. 왜냐하면 침지시간이 30초 미만일 경우 폴리비닐알코올계 필름에 염착이 균일하게 이루어지지 않을 수 있고, 120초를 초과할 경우에는 염착이 포화(saturation)되어 더 이상의 침지할 필요가 없기 때문이다.
다음으로, 상기 가교 단계는 예를 들면, 요오드 및/또는 이색성 염료가 염착된 폴리비닐알코올계 필름을 붕산 수용액 등에 침적시켜 수행하는 침적법이 일반적으로 사용되지만, 필름에 용액을 분사하는 도포법이나 분무법에 의해 수행될 수도 있다.
이때, 상기 가교 단계의 일 예로써, 침적법은, 상기 염착 단계에 의해 요오드 분자 또는 이색성 염료 분자가 폴리비닐알코올계 필름에 염착되면, 가교제를 이용하여 상기 요오드 분자 또는 염료 분자를 폴리비닐알코올계 필름의 고분자 매트릭스 위에 흡착되도록 하며, 가교제를 함유하는 용액이 있는 가교욕에 폴리비닐알코올계 필름을 침지함으로써 실시한다. 왜냐하면, 요오드 분자가 고분자 매트릭스 위에 제대로 흡착되지 않으면 편광도가 떨어져 편광판이 제 역할을 수행할 수 없기 때문이다.
이때, 상기 가교욕의 용액에 사용되는 용매는 일반적으로 물이지만, 물과 상용성을 갖는 유기 용매가 적당량 첨가되어 있을 수 있으며, 상기 가교제는 용매 100 중량부에 대해 0.5 중량부 내지 5.0 중량부의 비율로 첨가될 수 있다. 이때, 상기 가교제가 0.5 중량부 미만으로 함유될 경우, 폴리비닐알코올계 필름 내에서 가교가 부족하여 수중에서 폴리비닐알코올계 필름의 강도가 떨어질 수 있으며, 5.0 중량부를 초과할 경우, 과도한 가교가 형성되어 폴리비닐알코올계 필름의 연신성을 저하시킬 수 있다.
또한, 상기 가교제의 구체적인 예로서, 붕산, 붕사 등의 붕소 화합물, 글리옥살, 글루타르알데히드 등을 들 수 있으며, 이들을 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 가교욕의 온도는 가교제의 양과 연신비에 따라 다르며, 이에 한정하는 것은 아니나, 일반적으로 45℃ 내지 65℃인 것이 바람직하다. 일반적으로 가교제의 양이 늘어나면 폴리비닐알코올계 필름 사슬의 유동성(mobility)을 향상시키기 위해 높은 온도조건으로 가교욕의 온도를 조절하며, 가교제의 양이 적으면 상대적으로 낮은 온도조건으로 가교욕의 온도를 조절한다. 따라서, 가교욕의 온도가 상기 수치범위를 만족하는 경우 연신성이 향상되어 후술한 연신 공정이 원활하게 이루어질 수 있다.
한편, 가교욕에 폴리비닐알코올계 필름을 침지시키는 시간은 30초 내지 200초 정도인 것이 바람직하다. 침지시간이 30초 미만일 경우 폴리비닐알코올계 필름에 가교가 균일하게 이루어지지 않을 수 있으며, 200초를 초과할 경우에는 가교가 포화(saturation)되어 더 이상 침지할 필요가 없기 때문이다.
다음으로, 연신 단계에서 연신이란 필름의 고분자들을 일정 방향으로 배향하기 위하여, 필름을 일축 및/또는 이축으로 잡아늘이는 것을 말한다. 연신 방법은 습식 연신법과 건식 연신법으로 구분할 수 있으며, 건식 연신법은 다시 롤간(inter-roll)연신 방법, 가열 롤(heating roll) 연신 방법, 압축 연신 방법, 텐터(tenter) 연신 방법 등으로, 습식 연신 방법은 텐터 연신 방법, 롤간 연신 방법 등으로 구분된다. 본 발명에서 연신 방법은 특별히 제한되지 않으며, 상기 습식 연신법과 건식 연신법을 모두 사용할 수 있으며, 필요한 경우 이들을 조합하여 사용할 수도 있다.
이때, 연신 단계는 상기 폴리비닐알코올계 필름을 4배 내지 10배의 연신비로 연신하는 것이 바람직하며, 45℃ 내지 65℃의 연신 온도로 연신하는 것이 바람직하다. 폴리비닐알코올계 필름에 편광성능을 부여하기 위해서는 폴리비닐알코올계 필름의 사슬을 배향시켜야 하는데, 4배 미만의 연신비에서는 사슬의 배향이 충분히 일어나지 않을 수 있고, 10배 초과의 연신비에서는 폴리비닐알코올계 필름 사슬이 절단될 수 있기 때문이다. 또한, 상기 연신 온도는 가교제의 함량에 따라 달라질 수 있는데, 45℃ 미만의 온도에서는 폴리비닐알코올계 필름 사슬의 유동성이 저하되어 연신 효율이 감소될 수 있으며, 65℃를 초과하는 경우, 폴리비닐알코올계 필름이 연화되어 강도가 약해질 수 있기 때문에 상기 수치 범위를 만족하는 것이 바람직하다.
한편, 연신 단계는 상기 염착 단계 또는 가교 단계와 동시에 또는 별도로 진행될 수 있다. 연신 단계가 염착 단계와 동시에 진행될 경우, 상기 염착 단계는 요오드 용액 내에서 수행되는 것이 바람직하며, 가교 단계와 동시에 진행되는 경우라면 붕산 수용액 내에서 수행되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 연신은 폴리비닐알코올계 필름 단독으로 수행될 수도 있고, 폴리비닐알코올계 필름에 기재 필름을 적층한 후, 폴리비닐알코올계 필름과 기재 필름을 함께 연신하는 방법으로 수행될 수도 있다. 후자의 방법은 두께가 얇은 폴리비닐알코올계 필름(예를 들면, 60㎛ 이하의 PVA 필름)을 연신하는 경우, 연신 과정에서 폴리비닐알코올계 필름이 파단되는 것을 방지하기 위해 사용되는 것으로, 두께 20㎛ 이하, 바람직하게는 10㎛ 이하의 박형 PVA 편광자를 제조하기 위해 사용될 수 있다.
이때, 상기 기재 필름으로는, 20℃ 내지 85℃ 온도 조건하에서 최대 연신 배율이 5배 이상인 고분자 필름들이 사용될 수 있으며, 예를 들면, 고밀도 폴리에틸렌 필름, 폴리우레탄 필름, 폴리프로필렌 필름, 폴리올레핀 필름, 에스테르계 필름, 저밀도 폴리에틸렌 필름, 고밀도 폴리에틸렌 및 저밀도 폴리에틸렌 공압출 필름, 고밀도 폴리에틸렌에 에틸렌 비닐아세테이트가 함유된 공중합체 수지 필름, 아크릴 필름, 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 폴리비닐알코올계 필름, 셀룰로오스계 필름 등이 사용될 수 있다. 한편, 상기 최대 연신 배율은 파단이 발생하기 직전의 연신 배율을 의미한다.
한편, 상기 기재 필름과 폴리비닐알코올계 필름의 적층 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 기재 필름과 폴리비닐알코올계 필름을 접착제 또는 점착제를 매개로 적층할 수도 있고, 별도의 매개물 없이 기재 필름 상에 폴리비닐알코올계 필름을 얹어놓는 방식으로 적층할 수도 있다. 또는, 기재 필름을 형성하는 수지와 폴리비닐알코올계 필름을 형성하는 수지를 공압출하는 방법으로 수행되거나, 또는 기재 필름 상에 폴리비닐알코올계 수지를 코팅하는 방법으로 수행될 수도 있다. 한편, 상기 기재 필름은 연신이 완료된 후에 편광자로부터 이탈시켜 제거하는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기와 같은 방법으로 연신된 편광자를 친수성 용매 0.1 중량% 내지 10 중량%를 포함하는 수용액에 침지하는 단계를 수행한다. 이때, 상기 친수성 용매의 함량은 0.3 중량% 내지 7 중량% 또는 0.5 중량% 내지 5 중량%인 것이 보다 바람직하다. 친수성 용매의 함량이 10 중량%를 초과하는 경우 PVA의 내수성이 약해질 수 있고, 0.1 중량% 미만인 경우 개선 효과가 약하게 나타날 수 있기 때문이다.
이때, 상기 친수성 용매는 폴리비닐알코올 표면에 친수성 부여를 통한 접착력 향상, 폴리비닐알코올 수지의 유연성(softness) 향상을 위한 것으로, 극성 비양자성 용매 (polar aprotic solvent)인 것이 바람직하다.
보다 구체적으로, 상기 친수성 용매는, 예를 들면, 디메틸설폭사이드 (Dimethyl sulfoxide, DMSO), 디메틸포름아마이드 (dimethylformamide, DMF) 및 테트라하이드로퓨란 (tetrahydrofuran, THF)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 특히, 본 발명의 편광자 제조 방법에서, 상기 친수성 용매는 상대적으로 유독성이 낮은 물질이라는 점에서 디메틸설폭사이드인 것이 특히 바람직하다.
한편, 상기 침지하는 단계는 10℃ 내지 50℃에서 수행될 수 있다. 침지 온도가 50℃를 초과하는 경우, 폴리비닐알코올 필름이 연화되어 파단이 발생할 수 있고, 10℃ 미만인 경우 침지 효율이 떨어질 수 있기 때문이다. 또한, 상기 침지는 1초 내지 60초간 수행될 수 있다. 침지 시간이 상기와 같은 수치범위를 만족하는 경우 폴리비닐알코올 필름 표면에 극성 용매가 적절한 양으로 잔류할 수 있기 때문이다.
한편, 선택적으로, 본 발명은, 편광자의 색상 조절을 위하여, 상기 침지하는 단계 후에 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 건조하는 단계는 30℃ 내지 100℃ 온도 범위에서 10초 내지 3분간 수행될 수 있다.
또한, 상기 건조하는 단계는 당해 기술분야에 잘 알려진 방법을 이용하여 수행될 수 있으며, 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 오븐(oven), 열풍 (heated air), 에어 나이프 (air knife), 에어 블로워 (air blower) 또는 히팅 롤(heating roll) 등을 이용하여 수행될 수 있다.
한편, 본 발명은 상기와 같은 방법으로 제조된 편광자를 제공한다.
이때, 상기와 같은 본 발명의 폴리비닐알코올계 편광자는, 수분 함유율이 3 중량% 내지 20 중량%이고, 표면의 수 접촉각이 40° 내지 60°인 것을 특징으로 한다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 편광자의 수분 함유율은 예를 들면, 3 중량% 내지 20 중량%일 수 있다. 수분 함유율이 20 중량%를 초과하는 경우, 내수성이 약해지거나 열에 의한 수축이 크게 일어날 수 있으며, 수분 함유율이 3 중량% 미만인 경우 쉽게 부서질 수(brittle) 있다.
또한, 본 발명의 편광자는 표면의 수 접촉각이 40° 내지 60°또는 45° 내지 55°일 수 있으며, 특히 45° 내지 52°인 것이 바람직하다. 수 접촉각이 60°를 초과하는 경우, 접착력 악화 발생이 가능하며, 40°미만인 경우 내수성이 약해질 수 있다.
한편, 본 발명에서, 상기 편광자의 두께는 3㎛ 내지 40㎛, 4㎛ 내지 35㎛ 또는 5㎛ 내지 30㎛일 수 있다. 편광자의 두께가 40㎛를 초과하는 경우 수축력이 커져 컬이 심하게 발생하여, 이러한 편광자를 포함하는 편광판을 액정표시장치에 적용하는 경우 빛샘 현상이 발생하는 문제점이 있다. 또한, 편광자의 두께가 3㎛ 미만인 경우 제조 과정에서 파단이 발생하거나 변형이 발생할 확률이 현저히 증가하여 생산성이 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 상기 편광자는 연신 방향 기준으로 측정했을 때, 인장강도가 0.2kgf/cm2 이상인 것이 바람직하다. 보다 구체적으로 상기 인장강도는 0.2kgf/cm2 내지 10kgf/cm2 또는 0.3kgf/cm2 내지 10kgf/cm2 범위인 것이 바람직하다. 편광자의 인장강도가 0.2kgf/cm2 미만인 경우, 편광자의 내구성이 떨어지므로 액정표시장치에 적용하기에 적합하지 않은 문제점이 있다.
다음으로, 본 발명은 상기와 같은 편광자를 포함하는 편광판을 제공한다.
보다 구체적으로, 본 발명의 편광판은, 상기 편광자; 상기 편광자의 일면 또는 양면에 접착제층을 매개로 적층된 보호 필름; 및 상기 편광자의 타면 또는 상기 보호 필름의 일면에 형성된 점착층을 포함하고, 상기 편광자 및 보호 필름 간의 접착력은 1.5N 내지 10N 인 것을 특징으로 한다.
이때, 본 발명에 따른 편광판이 상기 편광자의 일면에 접착제층을 매개로 적층된 보호 필름; 및 상기 편광자의 타면에 형성된 점착층을 포함하는 상기 편광판의 두께는 30㎛ 내지 150㎛ 또는 40㎛ 내지 130㎛일 수 있다. 상기와 같이 편광자의 일면에만 보호 필름이 적층된 편면형 편광판의 두께가 150㎛을 초과하는 경우 고온에서의 수축력이 증가하여 패널을 휘게 하고, 30㎛ 미만인 경우 작업성이 나쁜 문제점이 있다.
상기 편광자의 양면에 접착제층을 매개로 적층된 보호 필름; 및 상기 보호 필름의 일면에 형성된 점착층을 포함하는 상기 편광판의 두께는 40㎛ 내지 230㎛ 또는 50㎛ 내지 210㎛일 수 있다. 상기와 같이 편광자의 양면에 보호 필름이 적층된 양면형 편광판의 두께가 230㎛을 초과하는 경우 고온에서의 수축력이 증가하여 패널을 휘게 하고, 40㎛ 미만인 경우 작업성이 나쁜 문제점이 있다.
한편, 상기 보호 필름은, 편광자를 보호하기 위해 편광자의 일면 또는 양면에 부착하는 투명 필름을 의미하는 것으로, 트리아세틸셀룰로오즈(TriAcethyl Cellulose; TAC)와 같은 아세테이트계, 아크릴계, 폴리에스테르계, 폴리에테르술폰계, 폴리카보네이트계, 폴리아미드계, 폴리이미드계, 폴리올레핀계 수지 필름 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
이때, 상기 보호 필름의 부착은, 당해 기술 분야에 잘 알려져 있는 필름의 합지 방법을 통해 수행될 수 있으며, 예를 들면, 폴리비닐알코올계 접착제와 같은 수계 접착제, 우레탄계 접착제 등과 같은 열경화성 접착제, 에폭시계 접착제 등과 같은 광 양이온 경화형 접착제, 아크릴계 접착제 등과 같은 광 라디칼 경화형 접착제들과 같이 당해 기술 분야에 잘 알려져 있는 접착제를 보호 필름과 폴리비닐알코올계 편광자 사이에 적용한 후 열 또는 광을 이용하여 접착제를 경화시키는 방법으로 수행될 수 있다.
한편, 본 발명의 편광판에서, 상기 편광자 및 보호 필름 간의 접착력은 1N 내지 10N, 바람직하게는 2N 내지 10N 일 수 있다. 편광자 및 보호 필름 간의 접착력이 1N 미만인 경우 층간 박리가 발생하는 문제점이 있기 때문이다. 본 명세서에서 상기 접착력은 편광판을 폭 20mm, 길이 100mm로 잘라, 속도 1cm/min, 90도로 박리한 경우의 값을 측정한 것이다.
또한, 상기 점착층은, 본 발명의 편광판을, 액정 패널 또는 위상차 필름과 같은 광학 필름과의 부착을 위한 것으로, 당해 기술 분야에 잘 알려져 있는 다양한 점착제를 사용하여 형성할 수 있으며, 그 종류가 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 점착층은 고무계 점착제, 아크릴계 점착제, 실리콘계 점착제, 우레탄계 점착제, 폴리비닐알코올계 점착제, 폴리비닐피롤리돈계 점착제, 폴리아크릴아미드계 점착제, 셀룰로오스계 점착제, 비닐알킬에테르계 점착제 등을 이용하여 형성될 수 있다.
이때, 상기 점착층의 두께는 1㎛ 내지 40㎛ 또는 10㎛ 내지 30㎛인 것이 바람직하며, 본 발명에 따른 편광판을 포함하는 광학 장치의 가공성 및/또는 내구성을 해치지 않는 범위에서, 가능한 한 얇게 형성시키는 것이 바람직하다.
한편, 상기 보호 필름 또는 편광자 상에 점착층을 형성하는 방법은 당해 기술 분야에 잘 알려진 방법으로 수행될 수 있으며, 특별히 한정되는 것은 아니나, 예를 들면, 보호 필름 또는 편광자 상에 점착제 조성물을 도포한 후 건조시키는 방법으로 형성될 수도 있고, 이형 시트 상에 점착제를 도포한 후 건조시켜 제조되는 점착 시트를 보호 필름 또는 편광자 상에 부착하는 방법으로 형성될 수도 있다.
상기와 같은 본 발명의 편광판은, 액정표시장치 등과 같은 광학 장치에 유용하게 적용될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 광학 장치는, 액정 패널 및 이 액정 패널의 양면에 각각 구비된 편광판들을 포함하는 액정 표시장치일 수 있으며, 이때, 상기 편광판 중 적어도 하나가 본 발명에 따른 편광판일 수 있다. 이때 상기 액정표시장치에 포함되는 액정 패널의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 그 종류에 제한되지 않고, TN(twisted nematic)형, STN(super twisted nematic)형, F(ferroelectic)형 또는 PD(polymer dispersed)형과 같은 수동 행렬 방식의 패널; 2단자형(two terminal) 또는 3단자형(three terminal)과 같은 능동행렬 방식의 패널; 횡전계형(IPS; In Plane Switching) 패널 및 수직배향형(VA; Vertical Alignment) 패널 등의 공지의 패널이 모두 적용될 수 있다. 또한, 액정표시장치를 구성하는 기타 구성, 예를 들면, 상부 및 하부 기판(ex. 컬러 필터 기판 또는 어레이 기판) 등의 종류 역시 특별히 제한되지 않고, 이 분야에 공지되어 있는 구성이 제한 없이 채용될 수 있다.
실시예 1
Kuraray사의 PS60 (두께 60㎛)의 폴리비닐알코올계 필름을 25℃ 순수 용액에서 팽윤 공정을 15초간 거친 후, 0.08% 농도 및 25℃의 요오드 용액에서 60초간 염착 공정을 진행하였다. 이후, 붕산 1wt%, 35℃의 용액에서 60초간 세정 공정을 거친 후 붕산 4wt%, 55℃의 용액에서 5.8배 연신 공정을 진행하였다. 다음으로, DMSO 1 중량%를 포함하고, KI를 5중량% 포함하는 20℃수용액에 5초간 침지한 후, 80℃ 오븐에서 1분간 건조시킴으로써 두께 23㎛의 폴리비닐알코올계 편광자를 제조하였다.
실시예 2
DMSO 2 중량%를 포함하는 수용액에 침지시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리비닐알코올계 편광자를 제조하였다.
실시예 3
DMSO 3 중량%를 포함하는 수용액에 침지시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리비닐알코올계 편광자를 제조하였다.
실시예 4
DMSO 5 중량%를 포함하는 수용액에 침지시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리비닐알코올계 편광자를 제조하였다.
실시예 5
DMSO 대신 DMF를 1% 포함하는 수용액에 침지시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리비닐알코올계 편광자를 제조하였다.
비교예 1
Kuraray사의 PS60 (두께 60㎛)의 폴리비닐알코올계 필름을 25℃ 순수 용액에서 팽윤 공정을 15초간 거친 후, 0.08% 농도 및 25℃의 요오드 용액에서 60초간 염착 공정을 진행하였다. 이후, 붕산 1wt%, 35℃ 용액에서 60초간 세정 공정을 거친 후 붕산 4wt%, 55℃의 용액에서 5.8배 연신 공정을 진행하였다. 다음으로, KI 수용액에 20℃에서 5초간 침지한 후, 80℃ 오븐에서 1분간 건조시킴으로써 두께 23㎛의 폴리비닐알코올계 편광자를 제조하였다.
비교예 2
DMSO 0.05 중량%를 포함하는 수용액에 침지시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리비닐알코올계 편광자를 제조하였다.
비교예 3
DMSO 11 중량%를 포함하는 수용액에 침지시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리비닐알코올계 편광자를 제조하였다.
실험예 1 - 편광자의 수 접촉각 측정
실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3에 따라 제조된 폴리비닐알코올계 편광자 표면에 3ml의 증류수를 떨어뜨린 후 CRUSS社 DSA100 (drop shape anlazer)를 이용하여 10초간 필름과 증류수 방울이 이루는 각을 측정한 평균 값을 하기 표 1에 나타내었다.
구분 수 접촉각 (°)
실시예 1 51.4
실시예 2 49.4
실시예 3 47.7
실시예 4 45.1
실시예 5 52.1
비교예 1 58.0
비교예 2 55.1
비교예 3 39.4
실시예 6
상기 실시예 1에서 제조된 편광자의 양면에 스포이드를 이용하여 자외선 경화형 접착제를 도포한 뒤 라미네이터(5m/min)를 통과시킨다. 최종 접착층 두께가 1㎛이 되도록 조건을 설정한 후 합지된 편광판을 UV 조사장치(Metal halide lamp) 벨트 위로 1000mJ/cm2의 자외선을 조사한다.
실시예 7 내지 10 및 비교예 4 내지 6
실시예 2 내지 5 및 비교예 1 내지 3에 따라 제조된 폴리비닐알코올계 편광자를 이용하여 실시예 6과 동일한 방법으로 편광판을 제조하였다.
실험예 2 - 편광판의 박리력 평가
실시예 6 내지 10 및 비교예 4 내지 6에 따라 제조된 편광판에 대하여, 편광자와 보호 필름의 박리력을 측정하였다. 박리 실험은 폭 20mm, 길이 100mm의 편광판을 이용하여, 속도 1cm/min, 90도로 박리시의 박리력을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
실험예 3 - 내수성 평가
60℃의 항온조에 실시예 6 내지 10 및 비교예 4 내지 6에 따라 제조된 편광판을 글래스라미네이션(glass lamination) 후 침지한다. 8 시간 경과 후, 편광판 단부의 탈색 여부로 판단한다. (변형 없음: OK, 탈색 시: NG)
실험예 4 - 열 충격 물성 평가
실시예 6 내지 10 및 비교예 4 내지 6에 따라 제조된 편광판을 글래스라미네이션(glass lamination) 후 열충격 평가(-40℃ 내지 80℃, 100 회(cycle))를 진행한 후, 편광판의 외관을 평가한다. (변형 없음: OK, PVA 크랙 발생시: NG)
구분 박리력 (N) 내수성 열충격물성
실시예 6 2.5 OK OK
실시예 7 2.8 OK OK
실시예 8 3.2 OK OK
실시예 9 3.2 OK OK
실시예 10 2.4 OK OK
비교예 4 1.0 OK NG
비교예 5 1.3 OK NG
비교예 6 3.5 NG OK
상기 표 2를 통해, 본 발명의 방법에 따라 제조된 편광자를 포함하는 편광판은 박리력, 내수성 및 열 충격 물성이 모두 우수함을 알 수 있다.
이에 반해, 비교예 4 및 5에 따라 제조된 편광판은 박리력이 낮고 열충격 테스트 결과 편광자에 크랙이 발생하는 문제점이 나타났으며, 비교예 6에 따라 제조된 편광판은 내수성이 현저히 떨어지는 문제점이 있는 것을 알 수 있다.
이상에서 본 명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims (12)

  1. 요오드 및 이색성 염료 중 적어도 하나가 일정한 방향으로 배향된 폴리비닐알코올계 편광자를 제공하는 단계; 및
    상기 편광자를 친수성 용매 0.1 중량% 내지 10 중량%를 포함하는 수용액에 침지하는 단계를 포함하고,
    연신 방향을 기준으로 측정하였을 때, 인장 강도가 0.2kgf/cm2 이상인 편광자의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 친수성 용매는 극성 비양자성 용매 (polar aprotic solvent)인 편광자의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 친수성 용매는 디메틸설폭사이드, 디메틸포름아마이드 및 테트라하이드로퓨란으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 편광자의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 침지하는 단계는 10℃ 내지 50℃에서 1초 내지 60초간 수행되는 것인 편광자의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 침지하는 단계 후에 건조하는 단계를 더 포함하는 편광자의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 건조하는 단계는 30℃ 내지 100℃ 범위에서 10초 내지 3분간 수행되는 것인 편광자의 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 건조하는 단계는 오븐, 열풍, 에어 나이프, 에어 블로워 또는 히팅 롤을 이용하여 수행되는 것인 편광자의 제조 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 의해 제조된 것으로,
    수분 함유율이 3 중량% 내지 20 중량%이며,
    표면의 수 접촉각이 40° 내지 60°이고,
    연신 방향을 기준으로 측정하였을 때, 인장 강도가 0.2kgf/cm2 이상인 편광자.
  9. 삭제
  10. 제8항에 따른 편광자;
    상기 편광자의 일면 또는 양면에 접착제층을 매개로 적층된 보호 필름; 및
    상기 편광자의 타면 또는 상기 보호 필름의 일면에 형성된 점착층을 포함하고,
    상기 편광자 및 보호 필름 간의 접착력은 1.5N 내지 10N인 편광판.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 편광자의 일면에 접착제층을 매개로 적층된 보호 필름; 및
    상기 편광자의 타면에 형성된 점착층을 포함하는 상기 편광판의 두께는 30㎛ 내지 150㎛인 편광판.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 편광자의 양면에 접착제층을 매개로 적층된 보호 필름; 및
    상기 보호 필름의 일면에 형성된 점착층을 포함하는 상기 편광판의 두께는 40㎛ 내지 230㎛인 편광판.

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