KR101779727B1 - 편광 필름의 제조 방법, 편광 필름 제조 장치 및 이를 이용하여 제조되는 편광필름 - Google Patents

편광 필름의 제조 방법, 편광 필름 제조 장치 및 이를 이용하여 제조되는 편광필름 Download PDF

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Abstract

본 발명은, (a) 편광자로서 작용하는 성분을 포함하는 코팅액을 밀폐된 챔버(chamber) 내로 분사하여 코팅액 분무 조건을 형성하는 과정; (b) 상기 챔버 내로 폴리비닐알코올계 필름을 공급하는 과정; (c) 상기 챔버 내에 분무된 코팅액에 의해 폴리비닐알코올계 필름의 외면이 염착되는 과정; 및 (d) 상기 코팅액이 염착된 폴리비닐알코올계 필름을 챔버 외부로 배출시키는 과정;을 포함하고, 상기 과정(a)는 초음파 스프레이 분사법으로 코팅액을 분사하며, 상기 초음파는, 10 Hz 내지 100 Hz의 초음파를 코팅액에 인가하면서 분사하고, 상기 폴리비닐알코올계 필름은 회전 롤러들에 의해 챔버의 내부 및 외부로 이동하는 것을 특징으로 하는 편광필름의 제조 방법, 편광 필름 제조 장치 및 이를 이용하여 광특성이 향상된 편광필름을 제공한다.

Description

편광 필름의 제조 방법, 편광 필름 제조 장치 및 이를 이용하여 제조되는 편광필름{Method and Apparatus for Manufacturing Polarizing Film, and Polarizing Film by Using the Same}
본 발명은, 편광 필름의 제조 방법, 편광 필름 제조 장치 및 이를 이용하여 제조되는 편광필름에 관한 것이다.
편광판(Polarizing Sheet) 또는 편광필름(Polarizing Film)은 일반적으로 자연광을 편광으로 전환시키는 기능을 가지고 있으며, 이러한 편광 기능은 편광판에 염착되는 재료에 의해 구현된다.
일반적으로 액정 디스플레이에는 편광 재료로서 요오드가 염착된 요오드 타입 편광필름이 사용되며, 이러한 요오드 타입 편광필름은, 폴리비닐알콜계 필름을 이색성 요오드 또는 이색성 염료 등을 사용하여 염색하고, 일축 연신 등의 방법에 의해 일정한 방향으로 배향시켜 제조하며 LCD 등에 많이 사용된다.
상기 요오드 타입 편광 필름은, 예를 들어, 비연신 폴리비닐알콜계 필름을 수용액에서 일축 연신한 후 요오드 및 요오드화 칼륨을 함유한 용액에 침지(dipping)하거나, 또는 비연신 폴리비닐알콜계 필름을 요오드 및 요오드화 칼륨을 함유한 용액에 침지한 후 일축 연신하거나, 또는 비연신 폴리비닐알콜계 필름을 요오드 및 요오드화 칼륨을 함유한 용액에서 일축 연신하거나, 또는 비연신 폴리비닐알콜계 필름을 건조 상태에서 일축 연신한 후 요오드 및 요오드화 칼륨을 함유한 용액에 침지하는 습식 염착 공정, 또는 요요드 증기를 쏘이는 건식 염착 공정을 통해 편광필름을 제조할 수 있다.
이러한 염착 공정 자체의 개선을 통하여 광특성이 향상된 편광필름의 제조를 위한 연구가 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 소정의 분무 조건이 형성된 챔버 내에서 폴리비닐알코올계 필름을 염착하는 과정을 통해 편광필름을 제조하는 경우 광 특성의 손실 및 표면 불량이 최소화되어, 소망하는 효과를 달성할 수 있는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명은,
(a) 편광자로서 작용하는 성분을 포함하는 코팅액을 밀폐된 챔버(chamber) 내로 분사하여 코팅액 분무 조건을 형성하는 과정;
(b) 상기 챔버 내로 폴리비닐알코올계 필름을 공급하여, 상기 코팅액에 의해 폴리비닐알코올계 필름의 외면이 염착되는 과정; 및
(c) 상기 코팅액이 염착된 폴리비닐알코올계 필름을 챔버 외부로 배출시키는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 편광필름의 제조 방법을 제공한다.
종래 폴리비닐알콜계 필름에 요오드 증기를 쏘이는 건식 염착 공정을 이용하여 편광필름을 제조하는 경우, 폴리비닐알콜계 필름이 불균일하게 염착될 가능성이 있다. 또한, 요오드 및 요오드화 칼륨을 물에 녹인 챔버에 폴리비닐알콜계 필름을 담가서 편광자로 작용하는 poly-iodide 이온을 염착시키는 습식 공정의 경우, 건식 공정에 비해 균일하게 염착시킬 수 있는 장점이 있으나, 물에 쉽게 팽윤되는 폴리비닐알콜계 필름의 특성상 염착 과정에서 폴리비닐알콜계 필름 표면에 주름이 발생하기 쉬우며, 또 염착 속도가 빠른 요오드 특성상 과잉 염착 또는 미세한 불균일 염착이 될 가능성이 있었다.
이에, 적정량의 요오드 염착 및 염착, 팽윤 공정에서 주름 발생 최소화 등을 위하여 과거부터 많은 공정의 개선이 이루어져 왔다. 그러나 기본적으로 챔버에서 폴리비닐알콜계 필름을 팽윤 시키면서 염착 공정을 진행하는 경우에는 요오드의 과량 염착, 팽윤에 의한 주름 발생 등의 문제를 피할 수 없게 된다.
이에, 본 발명은 하기와 같이, 소정의 분무 조건이 형성된 챔버 내에서 폴리비닐알코올계 필름을 염착하는 과정을 통해 상기 문제점을 해결하였다.
구체적으로, 상기 편광자로서 작용하는 성분을 포함하는 코팅액은 요오드를 포함하는 수용액일 수 있다.
이러한 코팅액은 스프레이 노즐 분사법, 초음파 분사법, 및 초음파 스프레이 분사법에서 선택되는 어느 하나의 방법으로 챔버 내로 분사될 수 있다.
우선, 스프레이 노즐 분사법은 미세한 노즐부를 통하여 외부 가스의 팽창력으로 코팅액을 미스트 상태로 분사시키는 방법이다.
둘째, 초음파 분사법은 초음파 가습기처럼 코팅액을 초음파 진동자로 진동시켜 무화 시킨 후 캐리어 기체로 운반시켜 분무하는 방법이다.
마지막으로, 초음파 스프레이 분사법은 초음파 진동자와 스프레이 노즐을 결합시킨 방법이다. 구체적으로 노즐 선단부에 초음파 진동자를 위치시키고 주변을 흐르는 코팅액을 초음파 진동에 의해 무화시킨후 캐리어 기체에 의하여 미세 노즐부를 통하여 배출시키는 방법이다. 초음파 스프레이 분사법의 경우, 노즐 크기를 조절하여 코팅 용량을 조절하여 초음파 분사를 할 수 있으므로, 본 발명에서 특히 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 초음파 분사법 및 초음파 스프레이 분사법은 10 Hz 내지 100 Hz의 초음파를 코팅액에 인가하면서 분사할 수 있고, 특히 초음파 스프레이 분사법의 경우, 10 Hz 내지 60 Hz, 좀 더 상세하게는 10 Hz 내지 50 Hz의 초음파가 사용될 수 있다. 상기 초음파의 크기가 지나치게 작거나 클 경우 초음파를 인가하는 효과가 떨어질 수 있어 바람직하지 않다.
상기 밀폐된 챔버에서 코팅액의 분무 농도는 10-5 mole/liter 내지 10-1 mole/liter 의 범위일 수 있고, 좀 더 상세하게는 10-4 mole/liter 내지 10-2 mole/liter 일 수 있다. 상기 분무 농도는 폴리비닐알코올계 필름의 표면에 적정량의 코팅액을 염착시키기 위한 조건으로, 챔버 내의 코팅액의 분무 농도가 이보다 적을 경우 염착 공정이 제대로 이루어지기 힘들며, 이보다 많을 경우 과도한 양이 폴리비닐알코올계 필름의 표면에 염착될 수 있어 오히려 광 특성이 떨어질 수 있으므로 바람직하지 않다.
이러한 코팅액의 분무 농도는 코팅액 분사기의 개수, 분사 속도, 노즐의 크기 및/또는 인가하는 초음파의 크기 등에 따라 적절히 조절할 수 있다.
한편, 소정의 코팅액의 분무 농도 조건이 형성되 챔버에 폴리비닐알코올계 필름이 회전 롤러들에 의해 챔버의 내부 및 외부로 이동하는 동안 코팅액에 의해 폴리비닐알코올계 필름의 외면이 염착될 수 있다.
폴리비닐알코올계 필름을 챔버의 내부 및 외부로 이동시키기 위한 챔버 내 회전 롤러들의 개수 및 위치는 제한이 없으나, 하나의 예로, 상기 회전 롤러들 중의 두 개 이상은 폴리비닐알코올계 필름의 상면 및 하면에 각각 동시에 접촉할 수 있다.
상기 회전 롤러들에 의하여 폴리비닐알코올계 필름은 챔버 내에서 0.5 m/min 내지 40 m/min로 이동할 수 있고, 상세하게는, 1 m/min 내지 20 m/min로 이동하면서 염착될 수 있다. 이러한 폴리비닐알코올계 필름의 이동 속도가 지나치게 느릴 경우 과도한 양의 코팅액이 폴리비닐알코올계 필름에 불균일하게 염착될 수 있고, 폴리비닐알코올계 필름의 이동 속도가 지나치게 빠를 경우, 충분한 양의 코팅액이 폴리비닐알코올계 필름의 표면에 염착될 수 없어 바람직하지 않다.
상기 폴리비닐알코올계 필름은 챔버 내부에서 회전 롤러들의 위치에 따라 다양한 경로로 이동할 수 있으며, 예를 들어 직선 이동 경로, 브이(V)자 이동 경로, 및 유(U)자 이동 경로로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 이동 경로를 따라 이동하도록 구성될 수 있다. 또한 염착액 미스트의 챔버 내부 벽면에의 응축 및 필름 윗면으로의 낙하를 방지하기 위하여 필름의 이동 경로를 수직으로 할 수도 있다.
상기 코팅액은 폴리비닐알코올계 필름의 진행 방향에 동일한 방향 또는 대향 방향으로 분사될 수 있다.
상기 코팅액이 염착된 폴리비닐알코올계 필름을 연신하는 과정을 추가로 포함할 수 있고, 이러한 연신 과정에서 폴리비닐알코올계 필름의 연신 배율은 1.5 내지 6 배일 수 있다.
또한, 본 발명은,
(a) 폴리비닐알코올계 필름의 이동을 위한 유입구 및 배출구;
(b) 폴리비닐알코올계 필름의 일면에 접촉되면서 폴리비닐알코올계 필름을 이동시키는 둘 이상의 회전롤; 및
(c) 폴리비닐알코올계 필름을 염착시키기 위한 코팅액 분사기;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광필름 제조 장치을 제공한다.
하나의 예로, 상기 코팅액 분사기는 초음파 진동자를 포함할 수 있다.
상기 편광필름 제조 장치는 분무된 코팅액을 챔버내에서 순환시키기 위한 송풍기를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명은 상기 제조 방법에 따라 제조되는 것을 특징으로 하는 편광 필름을 제공한다. 상기 편광 필름은 종래 습식 염착 공정 이나, 건식 염착 공정으로 제조된 편광 필름과 비교하여 편광자로 작용하는 성분이 균일하게 염착되어 있어 편광도가 99.95% 이상이며, 상세하게는 99.97% 이상이고 좀 더 상세하게는 99.99% 이상 일 수 있다.
이는 종래의 건식 또는 습식 방법에 따라 제조되는 편광필름과 비교하여 월등하여 우수한 값이다.
또한 본 발명은 편광 필름의 상면과 하면에 각각 보호필름을 부착하여 제조되는 편광판을 제공한다.
보호필름은 각종 조립 공정에서 편광판 표면을 이물질로부터 보호하기 위한 것으로, PVA 접착제로 접착되며, 보호필름으로는 트리아세틸 셀룰로오스계 수지(Triacetyl Cellulose) 필름 및 시클로올레핀계 수지(Cycloolefin Copolymer) 필름 등이 사용될 수 있으며, 상세하게는 트리아세틸 셀룰로우스 수지(Triacetyl Cellulose) 필름이 사용될 수 있다.
이러한, 트리아세틸 셀룰로오스계 수지(Triacetyl Cellulose) 필름 및 시클로올레핀계 수지(Cycloolefin Copolymer) 필름 등은 소수성 보호필름으로 친수성 접착제와의 접착력을 증대 시키기 위하여 알칼리 용액(일반적으로 KOH 혹은 NaOH 용액)에 침지하여 필름 표면에 -OH 그룹을 도입하여 필름 표면을 친수성으로 개질할 수 있다.
이상의 설명과 같이 본 발명에 따른 편광 필름 제조 방법은 초음파 스프레이 공정을 이용하여 요오드를 염착하는 과정을 포함하므로 요오드 염착 용액의 사용을 기존 공정과 비교하여 크게 낮출 수 있다. 또한, 편광 특성을 발휘하기 위한 최소량의 요오드를 폴리비닐알코올계 표면에 균일하게 염착할 수 있어 주름 발생과 같은 표면 불량을 최소화하므로 이에 따라 제조되는 편광 필름의 광특성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 편광필름 제조장치의 모식도이다;
도 2는 도 1에 따른 편광필름 제조장치를 이용하여 편광 필름을 제조하는 방법을 나타내는 평면 모식도이다;
도 3는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 편광 필름을 제조하는 방법을 나타내는 평면 모식도이다. 및;
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 편광 필름을 제조하는 방법을 나타내는 평면 모식도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 구체적인 실시예에 대해 상술하지만, 이는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범주가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 이해의 편의를 위하여, 도면에는 편광필름 제조장치의 일부 구성만을 도시하였으며, 그 외의 편광필름 제조장치의 세부 구성들은 생략하였다.
도 1은 본 발명에 따른 편광필름 제조장치의 평면 모식도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 편광필름 제조장치(100)는 폴리비닐알코올계 필름의 유입을 위한 유입구(110), 폴리비닐알코올계 필름의 배출을 위한 배출구(120), 폴리비닐알코올계 필름의 일면에 접촉되면서 폴리비닐알코올계 필름을 이동시키는 회전롤들(130), 요오드 수용액을 분사하는 초음파 진동자(140)로 구성되어 있다.
구체적으로, 편광자로서 작용하는 요오드를 포함하는 수용액을 초음파 진동자(140)를 이용하여 챔버(101) 내부로 분사할 수 있다. 이 경우, 챔버(101)의 유입구(110), 및 배출구(120)는 닫힌 상태로 존재하며, 밀폐된 챔버에서 코팅액의 분무 농도는 10-5 mole/liter 내지 10-1 mole/liter 가 되도록 인가하는 초음파의 크기, 분무 속도를 적절히 조절할 수 있다. 하나의 예로 10 Hz 내지 100 Hz의 초음파를 인가하여 요오드를 포함하는 수용액을 챔버(101)로 분사할 수 있다,
챔버(101) 내부의 회전롤들(130)들의 개수 및 위치는 제한이 없으며 폴리비닐알코올계 필름을 이동시키기 위하여 챔버(101) 내부의 적절한 공간에 위치할 수 있다.
도 2는 도 1에 따른 편광필름 제조장치를 이용하여 편광 필름을 제조하는 방법을 나타내는 평면 모식도이다.
도 2를 참조하면 챔버(101)의 유입구(110) 및 배출구(120)를 통해 폴리비닐알코올계 필름(150)이 이동을 하는 동안, 챔버(101) 내부에 형성된 요오드를 포함하는 수용액 분무 조건에 의해 폴리비닐알코올계 필름(150)의 표면이 요요드로 염착될 수 있다.
상기 회전 롤러들(130)은 폴리비닐알코올계 필름(150)을 화살표 방향으로 적절하게 이동시키기 위하여 챔버(101) 내부의 공간의 적절한 곳에 위치할 수 있으며, 개수 및 위치는 제한이 없다. 하나의 예로, 상기 회전 롤러들 중의 두 개 이상은 폴리비닐알코올계 필름의 상면 및 하면에 각각 동시에 접촉할 수 있다.
상기 폴리비닐알코올계 필름(150)의 이동 속도, 및 초음파 진동자(140)의 요오드 분무 속도 등을 적절히 조절하여 폴리비닐알코올계 필름(150)의 표면에 염착되는 요오드의 양을 적절히 조절할 수 있다.
따라서, 건식 공정 및 습식 공정과 비교하여 폴리비닐알코올계 필름(150) 표면에 요오드를 적절한 양으로 균일하게 염착할 수 있어 우수한 광특성을 가지는 편광판을 제조할 수 있다.
도 3는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 편광 필름을 제조하는 방법을 나타내는 평면 모식도이다.
도 3에 따른 편광필름 제조장치(200)는 요오드 수용액을 분사하는 초음파 진동자(240) 및 송풍기(250)를 포함한다.
상기 초음파 진동자(240)는 폴리비닐알코올계 필름의 진행 방향에 동일한 방향 또는 대향 방향으로 분사될 수 있다. 상기 편광필름 제조장치에 분사된 요오드 수용액의 효과적인 분산을 위하여 송풍기(250)가 위치할 수 있다. 상기 송풍기(250) 및 초음파 진동자(240)의 위치 및 개수는 제한이 없다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 편광 필름을 제조하는 방법을 나타내는 평면 모식도이다.
도 4에 따르면, 폴리비닐알코올계 필름(151)은 직선 이동 경로, 브이자 이동 경로의 혼합 경로로 챔버 내부를 이동하고 있으며, 폴리비닐알코올계 필름(151)의 효과적인 염착을 위하여 이동 경로는 제한이 없다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (15)

  1. (a) 편광자로서 작용하는 성분을 포함하는 코팅액을 밀폐된 챔버(chamber) 내로 분사하여 코팅액 분무 조건을 형성하는 과정;
    (b) 상기 챔버 내로 폴리비닐알코올계 필름을 공급하는 과정;
    (c) 상기 챔버 내에 분무된 코팅액에 의해 폴리비닐알코올계 필름의 외면이 염착되는 과정; 및
    (d) 상기 코팅액이 염착된 폴리비닐알코올계 필름을 챔버 외부로 배출시키는 과정;
    을 포함하고,
    상기 과정(a)는 초음파 스프레이 분사법으로 10 Hz 내지 100 Hz의 초음파를 코팅액에 인가하여 코팅액을 분사하며,
    상기 챔버에서 코팅액의 분무 농도는 10-5 mole/L 내지 10-1 mole/L의 범위이고,
    상기 코팅액은 폴리비닐알코올계 필름의 진행 방향에 동일한 방향 또는 대향 방향으로 분사되며,
    상기 폴리비닐알코올계 필름은 회전 롤러들에 의해 챔버의 내부 및 외부로 이동하는 것을 특징으로 하는 편광필름의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 편광자로서 작용하는 성분을 포함하는 코팅액은 요오드를 포함하는 수용액인 것을 특징으로 하는 편광필름의 제조 방법.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 회전 롤러들 중의 두 개 이상은 폴리비닐알코올계 필름의 상면 및 하면에 각각 동시에 접촉하는 것을 특징으로 하는 편광 필름의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리비닐알코올계 필름은 챔버 내에서 0.5 m/min 내지 40 m/min로 이동하면서 염착되는 것을 특징으로 하는 편광필름의 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리비닐알코올계 필름은 챔버 내부에서 직선 이동 경로, 브이(V)자 이동 경로, 및 유(U)자 이동 경로로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 이동 경로를 따라 이동하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 편광필름의 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 코팅액이 염착된 폴리비닐알코올계 필름을 연신하는 과정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 편광필름의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 연신 과정에서 폴리비닐알코올계 필름의 연신 배율은 1.5 내지 6 배인 것을 특징으로 하는 편광필름의 제조 방법.
  10. 제 1 항에 따른 편광필름의 제조 방법에 사용되는 장치로서,
    (a) 폴리비닐알코올계 필름의 이동을 위한 유입구 및 배출구가 형성된 챔버;
    (b) 폴리비닐알코올계 필름의 일면에 접촉되면서 폴리비닐알코올계 필름을 이동시키는 둘 이상의 회전 롤러; 및
    (c) 폴리비닐알코올계 필름을 염착시키기 위하여 초음파 진동자를 포함하는 코팅액 분사기;
    를 포함하고,
    상기 코팅액 분사기는 초음파 스프레이 분사법으로 10 Hz 내지 100 Hz의 초음파를 코팅액에 인가하여 폴리비닐알코올계 필름의 진행 방향에 동일한 방향 또는 대향 방향으로 코팅액을 분사하며,
    상기 챔버에서 코팅액의 분무 농도는 10-5 mole/L 내지 10-1 mole/L 의 범위인 것을 특징으로 하는 편광필름 제조 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 분무된 코팅액을 챔버 내에서 순환시키기 위한 송풍기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 편광필름 제조 장치.
  12. 제 1 항에 따른 편광필름의 제조 방법으로 제조되고, 코팅액이 폴리비닐알코올계 필름 상에 염착된 것을 특징으로 하는 편광 필름.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 편광 필름은 편광도가 99.95% 이상인 것을 특징으로 하는 편광 필름.
  14. 제 12 항에 따른 편광 필름의 상면과 하면에 각각 보호필름을 부착하여 제조되는 것을 특징으로 하는 편광판.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 보호필름은 트리아세틸 셀룰로오스계 수지(Triacetyl Cellulose) 필름인 것을 특징으로 하는 편광판.
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