KR101900830B1 - 보호필름, 편광판 및 이를 포함하는 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 보호필름, 편광판 및 이를 포함하는 표시장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 편광판용 보호필름은 불소계 수지 및 아크릴계 수지를 일정 비율로 블렌딩(blending)한 혼합수지를 포함함으로써, 신도가 향상되어 시트 및 필름 제작 시 공정성(파단성)이 개선됨과 동시에 낮은 면내 위상차(Ro) 및 두께방향 위상차(Rth)를 가져 편광무라를 나타내지 않는다.

Description

보호필름, 편광판 및 이를 포함하는 표시장치{PROTECTIVE FILM, POLARIZER AND DISPLAY DEVICE COMPRISING SAME}
실시예는 보호필름, 편광판 및 이를 포함하는 표시장치에 관한 것이다.
정보화 사회로 접어들면서 액정표시장치(LCD), 플라즈마 표시패널(PDP), 전기영동 표시장치(ELD) 등의 다양한 디스플레이들이 개발 중이거나 상품화되고 있다. 실내 전시용 디스플레이는 점점 대형화 및 박형화되는 추세이고, 실외 휴대용 디스플레이는 소형화 및 경량화되는 추세이다. 이러한 디스플레이의 기능을 보다 향상시키기 위하여, 일찍부터 각종 광학필름이 사용되고 있다.
상기 광학필름에 사용되는 재료는, 디스플레이의 종류에 따라 차이는 있지만, 일반적으로 높은 투광도, 광학적 등방성, 무결점 표면, 높은 내열성 및 내습성, 높은 유연성, 높은 표면경도, 낮은 수축율, 공정상의 처리용이성(낮은 파단성) 등의 물성을 갖추어야 한다.
일반적으로 편광판 제조 시 폴리비닐알코올 재질의 편광자의 일면 또는 양면에 편광자를 보호하기 위한 보호필름으로서, 높은 투광도, 광학적 등방성, 무결점 표면 등의 특성을 지닌 트리아세틸셀룰로오스(TAC), 아크릴, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등의 수지를 사용하여 제조된 필름을 주로 사용하였다. 그러나 상기 TAC는 가격이 비싸고 공급처가 다양하지 않으며 수분에 취약하고, 아크릴은 파단성이 높아 시트, 필름 제작 공정이 용이하지 못하며, PET는 위상차가 높아 편광무라가 발생하기 쉽다는 단점이 있다.
따라서, 최근에는 상기 단점들을 개선하기 위한 연구가 다수 진행되고 있다. 예를 들면, 일본 특허공보 제4962661호는 폴리에스테르 수지를 이용한 보호필름을 개시하고 있으나, 폭/길이 방향 불균일 연신 등의 문제가 있고 박형화에 한계가 있으며, 파단성 개선 또는 신도 향상에 대해서는 개시하고 있지 않다.
이에, 본 발명자들은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 부단한 연구를 수행한 결과, 불소계 수지 및 아크릴계 수지를 일정 비율로 블렌딩(blending)한 혼합수지를 편광판용 보호필름으로 사용 시 파단성(공정성)이 개선됨과 동시에 낮은 면내 위상차(Ro) 및 두께방향 위상차(Rth)를 가져 편광무라를 나타내지 않음을 발견하고 본 발명을 완성하였다.
일본 특허공보 제4962661호
따라서, 실시예는 경도의 저하가 없으면서 파단성(공정성)을 개선하고, 낮은 면내 위상차(Ro) 및 두께방향 위상차(Rth)를 가져 편광무라를 나타내지 않는 편광판용 보호필름, 이를 포함하는 편광판 및 이를 포함하는 표시장치를 제공하고자 한다.
일 실시예에 따르면, 불소계 수지; 및 아크릴계 수지를 포함하는 편광판용 보호필름으로서, 상기 보호필름이 상기 불소계 수지 : 아크릴계 수지를 1 : 1.5 내지 19의 중량비로 포함하는, 편광판용 보호필름을 제공한다.
나아가 일 실시예에 따르면, 편광자층; 및 상기 편광자층의 상면 및 하면 중 적어도 한 면에 인접하는 상기 편광판용 보호필름을 포함하는, 편광판을 제공한다.
또한 일 실시예에 따르면, 표시 패널; 및 상기 표시 패널의 상면 및 하면 중 적어도 한 면에 배치되는 상기 편광판을 포함하는, 표시장치를 제공한다.
실시예에 따른 편광판용 보호필름은 경도의 저하가 없으면서 신도가 향상되어 시트 및 필름 제작 시 공정성(파단성)이 개선됨과 동시에 낮은 면내 위상차(Ro) 및 두께방향 위상차(Rth)를 가져 편광무라를 나타내지 않음으로써 편광판용 보호필름으로 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
실시예는 불소계 수지 및 아크릴계 수지를 포함하는 편광판용 보호필름을 제공한다. 상기 보호필름은 상기 불소계 수지 및 아크릴계 수지를 블렌딩(blending)한 혼합수지를 포함함으로써 아크릴계 수지의 파단성 및 불소계 수지의 낮은 경도를 보완하였으며, 이로부터 제조된 보호필름은 적정한 수준의 신도 및 경도를 가질 수 있다.
상기 보호필름은 상기 불소계 수지 : 아크릴계 수지를 1 : 1.5 내지 19의 중량비, 자세하게는 1 : 4 내지 9의 중량비로 포함할 수 있고, 상기 범위 내일 때 경도가 적정한 수준으로 유지되면서 신도가 향상될 수 있다.
상기 불소계 수지는 불소를 포함하는 폴리머일 수 있다.
상기 불소계 수지의 구체적인 예로는 에틸렌-테트라플루오로에틸렌(ETFE) 공중합체, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌(FEP) 공중합체, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌-비닐리덴플루오라이드(THV) 공중합체, 폴리클로로 트리플로오로에틸렌(PCTFE 또는 PTFCE) 공중합체, 이들의 공중합체, 및 이들의 혼합물을 들 수 있다. 그 중에서도, 에틸렌-테트라플루오로에틸렌(ETFE) 공중합체, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF) 및 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌(FEP) 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
더 자세하게, 상기 불소계 수지는 단일 중합 폴리비닐리덴플루오라이드 또는 공중합 폴리비닐리덴플루오라이드일 수 있다.
PVDF가 공중합 수지일 경우, 비닐리덴플루오라이드(VF2) 및 공단량체가 50:50 내지 99:1의 중량비로 공중합된 수지인 것이 바람직하다.
공중합될 수 있는 공단량체로는 불소화된 단량체가 바람직한데, 예를 들어, 불화비닐; 트리플루오로에틸렌(VF3); 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE); 1,2-디플루오로에틸렌; 테트라플루오로에틸렌(TFE); 헥사플루오로프로필렌(HFP); 퍼플루오로(메틸비닐)에테르(PMVE), 퍼플루오로(에틸비닐)에테르(PEVE) 및 퍼플루오로(프로필비닐)에테르(PPVE) 등의 퍼플루오로(알킬비닐)에테르; 퍼플루오로(1,3-디옥솔); 및 퍼플루오로(2,2-디메틸-1,3-디옥솔)(PDD)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다. 이 중에서도, 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE), 헥사플루오로프로필렌(HFP), 트리플루오로에틸렌(VF3) 또는 테트라플루오로에틸렌(TFE)인 것이 바람직하다.
PVDF는, 압출 및 사출 성형에 적합하기 위해서, 전단속도 100s-1 및 230℃의 조건으로 모세관 유량계에 의해 측정한 점도가 100 내지 2,500 Pa·s인 것이 바람직하며, 500 내지 2,000 Pa·s인 것이 더욱 바람직하다.
상기 불소계 수지는 50,000 내지 250,000, 바람직하게는 100,000 내지 200,000의 중량평균분자량 및 230℃에서 5 내지 20g/분, 바람직하게는 10 내지 15g/분의 용융지수(MI, melting index)를 가질 수 있다.
상기 불소계 수지의 함량은 불소계 수지와 아크릴계 수지와의 혼합수지 총 중량을 기준으로 5 내지 40중량%, 자세하게는 10 내지 20중량%일 수 있다. 상기 범위 내일 때, 신도가 향상(파단성 감소)되어 시트 및 필름 제작이 보다 용이해질 수 있다.
나아가, 상기 아크릴계 수지는 치환되거나 비치환된 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 수지, 에틸(메트)아크릴레이트, n-프로필(메트)아크릴레이트, 이소프로필(메트)아크릴레이트, n-부틸(메트)아크릴레이트, t-부틸(메트)아크릴레이트, sec-부틸(메트)아크릴레이트, 펜틸(메트)아크릴레이트 단량체의 단일 수지일 수 있고, 자세하게는, 메틸메타크릴레이트(MMA) 단량체의 단일 수지이거나 다른 공단량체와의 공중합 수지일 수 있다.
공중합될 수 있는 공단량체의 예로는, 알킬 (메트)아크릴레이트, 아크릴로니트릴, 부타디엔, 스티렌, 이소프렌 및 이들의 혼합물을 들 수 있다. 상기 알킬 (메트)아크릴레이트는 문헌[Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 4th Edition, Vol. 1, p. 292~293 & Vol. 16, p. 475~478]에 기재되어 있다.
상기 PMMA가 공중합 수지일 경우, MMA 및 공단량체가 50:50 내지 99:1의 중량비로 공중합된 수지인 것이 바람직하고, 더 바람직하게, 상기 공중합 수지는 메틸 아크릴레이트 및/또는 에틸 아크릴레이트 공단량체가 1 내지 20 중량%, 특히 5 내지 15 중량%의 함량으로 공중합된 것일 수 있다.
상기 아크릴계 수지는 230℃에서 0.5 내지 10g/분, 바람직하게는 3 내지 7g/분의 용융지수를 가질 수 있다.
상기 아크릴계 수지의 함량은 불소계 수지와 아크릴계 수지와의 혼합수지 총 중량을 기준으로 60 내지 95중량%, 자세하게는 80 내지 90중량%일 수 있다. 상기 범위 내일 때, 접착력이 향상되어 시트 및 필름 제작이 보다 용이해질 수 있다.
상기 보호필름은 10 내지 100㎛, 자세하게는 20 내지 60㎛의 두께를 가질 수 있다.
상기 보호필름은 1nm 내지 5nm의 면내 위상차(Ro)를 가질 수 있고, 10nm 내지 26nm의 두께방향 위상차(Rth)를 가질 수 있다. 상기 면내 위상차 및 두께방향 위상차가 상기 범위 내일 때 편광무라를 발생시키지 않는다.
상기 보호필름은 28% 내지 61%의 신도 및 HB 내지 1H의 연필 경도를 가질 수 있다. 상기 범위 내일 때 시트 및 필름 제작 공정 시 파단이 일어나지 않고, 필름이 적정한 수준의 신도 및 경도를 가질 수 있다.
상기 보호필름은 다음과 같은 공정에 의해 제조될 수 있다.
먼저, 불소계 수지 및 아크릴계 수지를 블렌딩한 혼합수지, 예컨대 PMMA와 PVDF와의 혼합수지를 용융압출한 후 냉각시켜 미연신 시트를 제조하고, 상기 미연신 시트를 폭 방향 및 길이 방향으로 연신하고 열고정하여 보호필름을 제조할 수 있다.
구체적으로, 상기 혼합수지, 예컨대 PMMA 및 PVDF는 시판되는 것을 구입하여 사용할 수 있다. 상기 혼합수지를 압출기로 용융 압출한 후 냉각시켜 미연신 시트를 제조할 수 있다. 이 때 상기 PMMA에 대해 압출기의 종류에 따라 전처리 공정, 예컨대 80℃ 내지 150℃, 4 내지 10시간의 건조 공정을 수행할 수도 있으나, vent 압출기 또는 twin 압출기를 사용하는 경우에는 전처리 없이 용융 압출을 수행할 수 있다.
상기 미연신 시트를 폭 방향으로 예컨대 1.5 내지 4배 연신하고, 길이 방향으로 예컨대 1.5 내지 4배 연신한 후 열고정하여 보호필름을 제조할 수 있다.
상기 용융 압출은 Tm+30℃ 내지 Tm+60℃의 온도에서 수행할 수 있다. 상기 온도 범위 내에서 용융 압출을 수행할 경우, 원활한 용융이 이루어지고 압출물의 점도가 적절하게 유지될 수 있다. 또한, 상기 냉각은 30℃ 이하의 온도에서 수행할 수 있고, 구체적으로는 15℃ 내지 30℃에서 수행할 수 있다.
연신 온도는 Tg+5℃ 내지 Tg+50℃의 범위일 수 있으며, Tg가 낮을수록 연신성이 좋아지나, 파단이 일어날 수 있다. 특히, 취성을 개선하기 위해서는 Tg+10℃ 내지 Tg+40℃의 연신 온도 범위일 수 있다.
열고정을 시작한 후에 필름은 길이 방향 및/또는 폭 방향으로 이완되며, 열고정 온도범위는 150℃ 내지 250℃일 수 있다.
상기 제조방법에 따르면, 적절한 두께, 낮은 면내 위상차 및 두께방향 위상차를 가져 편광무라를 나타내지 않으면서도 신도가 향상된 보호필름이 제조될 수 있다. 또한, 본 발명의 보호필름은 통상의 정전인가제, 대전방지제, 블로킹방지제 및 기타 무기활제 등의 각종 첨가제를 본 실시예의 효과를 손상시키지 않는 범위 내에서 포함할 수 있다.
이에, 본 실시예는 편광자층; 및 상기 편광자층의 상면 및 하면 중 적어도 한 면에 인접하는 상기 보호필름을 포함하는 편광판을 제공한다. 상기 편광판은 향상된 광학적 특성, 기계적 특성 및 열적 특성을 가질 수 있다.
나아가, 상기 편광판은 액정표시장치, 유기전계발광 표시장치 등과 같은 표시 장치에 적용될 수 있다.
이하, 하기 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)(IF850, MI 12, 평균굴절률(n)=1.49, LGMMA사) 및 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)(MP9009, MI 5~11, n=1.425, Solvey사)를 준비하고, 상기 PMMA는 90℃에서 6시간 건조시켰다. 상기 건조된 PMMA 95중량%에 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF) 5중량%를 첨가하여 리본믹서(ribbon mixer)에서 충분히 혼합해 PMMA와 PVDF와의 혼합수지를 얻었다.
상기 혼합수지를 약 230℃의 압출기를 통하여 용융 압출한 후, 약 25℃의 캐스팅롤에서 냉각하여, 미연신 시트를 제조하였다. 상기 미연신 시트를 연신온도 110℃에서 길이방향으로 2.2배, 폭 방향으로 2.6배로 축차 이축연신하고, 상기 연신된 시트를 약 210℃의 온도에서 약 20초 동안 열고정하여 두께 30㎛의 보호필름을 제조하였다.
실시예 2 내지 5
PMMA : PVDF의 중량비 및 최종 보호필름의 두께를 하기 표 1에 기재된 바와 같이 변화시킨 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 보호필름을 제조하였다.
비교예 1 내지 3
수지로서 아크릴(IF850, LG화학), 트리아세틸셀룰로오스(TAC)(FujiTAC, Fuji) 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)(PET, SKC)를 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 보호필름을 제조하였다.
< 시험예 >
(1) 유리전이온도( Tg ) 측정
상기 실시예 1 내지 5의 PMMA와 PVDF와의 혼합수지 및 비교예 1 내지 3의 다양한 수지(아크릴, TAC 및 PET)에 대하여, 시차주사열량계(DSC-Q100, TA Instrument사)를 이용하여 10℃/분의 속도로 가열하면서 수지의 Tg를 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
(2) 신도 측정
상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3의 보호필름에 대하여, UTM 측정 장비(5566A, Instron사)를 이용하여 길이(MD) 방향 신도를 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
(3) 위상차 측정
상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3의 보호필름에 대하여, 위상차 측정 장비(RETS-100, OTSUKA전자)를 사용하여 면내 위상차(Ro) 값과 두께방향 위상차(Rth)값을 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
(4) 총투과율 및 헤이즈 측정
상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3의 보호필름에 대하여, 투과도 측정 장비(NDH-5000W, NIPPON 덴쇼쿠고교)를 사용하여 총투과율(Total Transmittance) 및 헤이즈(Haze) 값을 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
(5) 경도 측정
상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3의 보호필름에 대하여, 연필 경도계(연필경도측정기, 큐머시스(주))를 사용하여 경도값을 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
수지(중량%) 두께
(㎛)		 신도
(%, MD방향)		 Tg Ro
(nm)		 Rth
(nm)		 총투과율
(%)		 헤이즈
(%)		 연필
경도
PMMA PVDF
실시예1 95 5 30 28.0 91.6 1.0 11.9 93.7 0.7 1H
실시예2 90 10 30 31.3 85.2 1.2 12.5 93.6 0.8 1H
실시예3 80 20 30 39.1 72.4 1.6 13.6 93.3 0.9 F
실시예4 70 30 28 49.0 60.2 1.2 25.2 92.4 1.7 F
실시예5 60 40 30 61.0 50.7 4.2 10.8 93.1 0.8 HB
비교예1 아크릴 50 25.0 108 <4 <45 94.0 0.6 1H
비교예2 TAC 60 8.0 123 <5 <45 92.8 0.4 F
비교예3 PET 75 195.0 78 300~500 11250 91.0 0.8 <5B
상기 표 1의 결과로부터, 실시예에서 제조된 보호필름은 25%를 초과하는 MD 방향의 신도 및 HB 이상의 경도를 나타내어 비교예 1의 아크릴 수지로부터 제조된 보호필름에 비해 유연하여(brittle하지 않음) 파단성(공정성)이 개선되었고, 약 5nm 이하의 면내 위상차(Ro) 값 및 약 26nm의 두께방향 위상차(Rth) 값을 가져 편광무라를 나타내지 않음을 확인할 수 있었다. 또한, 실시예에서 제조된 보호필름은 총투과율 및 헤이즈 값이 비교예 2의 경우와 동등하거나 우수하였다. 반면, 비교예 1 내지 3에서 제조된 보호필름, 특히 비교예 3의 보호필름은 면내 위상차 및 두께방향 위상차 값이 높아 편광무라를 나타냄을 알 수 있었다.

Claims (12)

  1. 단일중합 또는 공중합된 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF); 및
    아크릴계 수지를 포함하고,
    상기 PVDF가 전단속도 100s-1 및 230℃의 조건으로 모세관 유량계에 의해 측정한 점도가 100 내지 2,500Pa·s이며,
    상기 PVDF 및 아크릴계 수지가 각각 230℃에서 5 내지 20g/분 및 0.5 내지 10g/분의 용융지수를 갖고,
    상기 PVDF 및 아크릴계 수지의 함량은 PVDF 및 아크릴계 수지를 블렌딩한 혼합수지 총 중량을 기준으로 각각 10 내지 20 중량% 및 80 내지 90 중량%이며,
    상기 혼합수지로부터 얻어지는 미연신 시트를 폭 방향 및 길이 방향으로 각각 1.5 내지 4배 연신함으로써 얻어지는 편광판용 보호필름으로서,
    상기 보호필름이 상기 PVDF : 아크릴계 수지를 1 : 1.5 내지 19의 중량비로 포함하고,
    상기 보호필름이 1nm 내지 5nm의 면내 위상차 및 10nm 내지 26nm의 두께방향 위상차를 갖는, 편광판용 보호필름.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보호필름이 상기 PVDF : 아크릴계 수지를 1 : 4 내지 9의 중량비로 포함하는, 편광판용 보호필름.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 아크릴계 수지가 치환되거나 비치환된 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)인, 편광판용 보호필름.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 PVDF가 50,000 내지 250,000의 중량평균분자량을 갖는, 편광판용 보호필름.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 보호필름이 28% 내지 61% 의 신도를 갖는, 편광판용 보호필름.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 보호필름이 HB 내지 1H의 연필 경도를 갖는, 편광판용 보호필름.
  11. 편광자층; 및
    상기 편광자층의 상면 및 하면 중 적어도 한 면에 인접하는 제1항에 따른 편광판용 보호필름을 포함하는, 편광판.
  12. 표시 패널; 및
    상기 표시 패널의 상면 및 하면 중 적어도 한 면에 배치되는 제11항의 편광판을 포함하는, 표시장치.
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