KR101934448B1 - 편광판용 보호필름 및 이를 포함하는 액정표시장치 - Google Patents

편광판용 보호필름 및 이를 포함하는 액정표시장치 Download PDF

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Abstract

실시예는 편광판용 보호필름 및 이를 포함하는 액정표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 면내 위상차 및 두께 방향 위상차가 낮고 적절한 표면 장력을 가져 계면 부착성이 우수한 기재층을 포함함으로써 편광무라가 관찰되지 않으며 광학 특성이 우수한 편광판용 보호필름, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 액정표시장치에 관한 것이다.

Description

편광판용 보호필름 및 이를 포함하는 액정표시장치{POLARIZING PLATE PROTECTIVE FILM AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY COMPRISING SAME}
실시예는 편광판용 보호필름 및 이를 포함하는 액정표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 면내 위상차 및 두께 방향 위상차가 낮고 적절한 표면 장력을 가져 계면 부착성이 우수한 기재층을 포함함으로써 편광무라가 관찰되지 않으며 광학 특성이 우수한 편광판용 보호필름, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 액정표시장치에 관한 것이다.
정보화 사회로 접어들면서 액정표시장치(LCD), 플라즈마 표시패널(PDP), 전기영동 표시장치(ELD) 등의 다양한 디스플레이들이 개발 중이거나 상품화되고 있다. 상기 디스플레이 중 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.
일반적으로 편광판에는 폴리비닐알코올 재질의 편광자를 보호하기 위한 보호필름으로서 편광자의 일면 또는 양면에 편광판용 보호필름을 부착한다. 이와 같은 편광판용 보호필름으로 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름이 사용되었으나, 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름은 연신비에 따라 이방성이 크게 발생하기 때문에 편광판용 보호필름으로 적용하는데 어려움이 있었다.
이에 대한 대안으로, 높은 투광도, 광학적 등방성, 무결점 표면 등의 특성을 지닌 트리아세틸셀룰로오스(triacetylcellulose, TAC) 필름이 널리 적용되었다. 구체적으로, 대한민국 등록특허 제10-1222363호는 주성분이 셀룰로오스 에스테르이고, 면내 위상차가 30 내지 300 nm이며 두께 방향 위상차가 80 내지 400 nm인 편광판 컬링 교정 필름을 개시하고 있다.
그러나 트리아세틸셀룰로오스 필름은 가격이 비싸고 공급처가 다양하지 않으며 수분에 취약하다는 단점을 갖는다. 따라서, 트리아세틸셀룰로오스 필름을 대체할 수 있는 다양한 재질의 보호필름들이 개발되고 있으며, 예를 들면, 사이클로올레핀 폴리머(COP, cycloolefin polymer), 아크릴계 및 폴리에스테르계 필름 등을 단독 또는 혼합하여 사용하는 방안이 제안되었다.
대한민국 등록특허 제10-1222363호
그러나, 아크릴계 필름은 브리틀(brittle)한 성질로 인해 공정성이 낮고, 이를 극복하기 위해 다른 단량체와 공중합한 공중합체를 사용할 경우 제조단가가 상승하는 문제가 있었다.
따라서, 실시예의 목적은 면내 위상차 및 두께 방향 위상차가 낮아 편광무라가 관찰되지 않으며, 브리틀(brittle)한 아크릴 수지의 단점이 보완되고, 적절한 표면 특성을 바탕으로 적층 구조 내에서 우수한 계면 부착성을 갖는 편광판용 보호필름을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 일 실시예는,
불소계 수지 및 아크릴계 수지를 1 : 9 내지 99의 중량비로 포함하는 기재층을 포함하고,
상기 기재층의 면내 위상차(Ro)가 10 ㎚ 이하이며, 두께 방향 위상차(Rth)가 50 ㎚ 이하이고,
상기 기재층의 표면장력이 40 내지 60 dyne/cm인, 편광판용 보호필름을 제공한다.
다른 실시예는,
(1) 불소계 수지 및 아크릴계 수지를 포함하는 수지 조성물을 용융압출하여 미연신 시트를 제조하는 단계;
(2) 상기 미연신 시트를 길이 방향으로 2 내지 3 배 연신하고, 폭 방향으로 3 내지 4 배 연신하여 연신된 필름을 제조하는 단계; 및
(3) 상기 연신된 필름을 열고정하여 기재층을 제조하는 단계;를 포함하고,
상기 수지 조성물이 상기 불소계 수지와 상기 아크릴계 수지를 1 : 9 내지 99의 중량비로 포함하고,
상기 기재층은 면내 위상차(Ro)가 10 ㎚ 이하이며, 두께 방향 위상차(Rth)가 50 ㎚ 이하이고, 표면 장력이 40 내지 60 dyne/cm인, 편광판용 보호필름의 제조방법을 제공한다.
또 다른 실시예는,
백라이트 유닛 및 액정 패널을 포함하는 액정표시장치에 있어서,
상기 액정 패널이 상편광판, 액정셀 및 하편광판을 순차적으로 포함하며,
상기 상편광판 및 하편광판은 각각 편광자 및 상기 편광자 양면에 배치된 편광자 보호필름을 포함하고,
상기 편광자 보호필름 중 적어도 하나가 상술한 바와 같은 편광판용 보호필름인, 액정표시장치를 제공한다.
실시예에 따른 편광판용 보호필름은 브리틀(brittle)한 아크릴 수지의 단점을 보완하여 공정성이 우수하고, 면내 위상차 및 두께 방향 위상차가 낮아 편광무라가 관찰되지 않으며, 적절한 표면 장력을 가짐으로써 표면에 추가층의 적층 또는 코팅이 용이하다.
또한, 실시예에 따른 편광판용 보호필름을 포함하는 액정표시장치는 광원으로 백색 LED 이외에 다양한 광원을 사용할 수 있다.
도 1 및 2는 각각 일실시예에 따른 편광판용 보호필름의 단면도이다.
도 3은 일실시예의 액정표시장치의 단면도이다.
도 4는 실시예 1의 보호필름, TAC 및 COP 필름의 광 입사각 변화에 대한 면내 위상차 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5 및 6은 실시예 1 및 비교예 1의 편광판용 보호필름의 편광무라 평가 결과이다.
실시예의 설명에 있어서, 각 필름, 막, 패널, 또는 층 등이 각 필름, 막, 패널, 또는 층 등의 "상(on)" 또는 "하(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "하(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여(indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한, 각 구성요소의 상/하에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
편광판용 보호필름
일실시예는 불소계 수지 및 아크릴계 수지를 1 : 9 내지 99의 중량비로 포함하는 기재층을 포함하고, 상기 기재층의 면내 위상차(Ro)가 10 ㎚ 이하이며, 두께 방향 위상차(Rth)가 50 ㎚ 이하이고, 상기 기재층의 표면장력이 40 내지 60 dyne/cm을 제공한다.
상기 기재층은 불소계 수지와 아크릴계 수지를 블렌딩(blending)한 혼합수지를 포함한다. 이로써, 음의 복굴절율을 가지며 브리틀(brittle)한 성질로 인해 낮은 공정성을 갖는 아크릴계 수지의 단점을, 양의 복굴절율을 가지며 낮은 경도를 갖는 불소계 수지로 보완할 수 있다. 이로 인해, 상기 기재층은 공정성이 우수하고 면내 위상차 및 두께 방향 위상차가 낮아 편광무라가 관찰되지 않는다.
상기 기재층은 상기 불소계 수지와 상기 아크릴계 수지를 1 : 9 내지 99의 중량비로 포함한다. 구체적으로, 상기 기재층은 상기 불소계 수지와 상기 아크릴계 수지를 1 : 9 내지 20의 중량비, 1 : 10 내지 20의 중량비, 또는 1 : 15 내지 20의 중량비로 포함할 수 있다. 불소계 수지와 아크릴계 수지의 혼합비가 상기 범위 내일 경우, 아크릴계 수지의 브리틀한 성질로 인한 공정성 저하를 방지할 수 있으며, 편광판용 보호필름의 기재층으로서 적절한 위상차를 나타낼 수 있다.
상기 기재층의 두께는 100 ㎛ 이하이다. 구체적으로, 상기 기재층의 두께는 20 내지 80 ㎛일 수 있다.
불소계 수지
상기 불소계 수지는 불소를 포함하는 폴리머일 수 있다. 구체적으로, 상기 불소계 수지는 에틸렌-테트라플루오로에틸렌(ETFE) 공중합체, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF) 동종중합체(homopolymer) 또는 공중합체, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌(FEP) 공중합체, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌-비닐리덴플루오라이드(THV) 공중합체 및 폴리클로로 트리플루오로에틸렌(PCTFE 또는 PTFCE) 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 불소계 수지는 에틸렌-테트라플루오로에틸렌(ETFE) 공중합체, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF) 동종중합체 또는 공중합체, 및 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌(FEP) 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 더 구체적으로, 상기 불소계 수지는 폴리비닐리덴플루오라이드 동종중합체 또는 공중합체일 수 있다.
PVDF가 공중합 수지일 경우, 디플루오로에틸렌 및 공단량체가 50:50 내지 99:1의 중량비로 공중합될 수 있다.
상기 공단량체는 불소화된 단량체일 수 있다. 구체적으로, 상기 공단량체는 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 1종 이상일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 공단량체는 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE), 헥사플루오로프로필렌(HFP), 트리플루오로에틸렌(VF3) 및 테트라플루오로에틸렌(TFE)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 불소계 수지는 압출 및 사출 성형의 적합성을 위해, 전단속도 100 s-1 및 230 ℃의 조건으로 모세관 유량계에 의해 측정한 점도가 100 내지 2,500 Pa·s일 수 있으며, 구체적으로, 500 내지 2,000 Pa·s일 수 있다.
또한, 상기 불소계 수지는 중량평균분자량이 50,000 내지 250,000 g/mol, 100,000 내지 250,000 g/mol, 또는 200,000 내지 240,000 g/mol일 수 있다.
나아가, 상기 불소계 수지는 230 ℃에서의 용융지수(MI, melting index)가 5 내지 20 g/10분, 또는 5 내지 10 g/10분일 수 있다.
더불어, 상기 불소계 수지는 유리전이온도가 -40 내지 -20 ℃, 또는 -37 내지 -28 ℃일 수 있다.
아크릴계 수지
상기 아크릴계 수지는 치환되거나 비치환된 동종중합체(homopolymer)일 수 있다. 구체적으로, 상기 아크릴계 수지는 치환되거나 비치환된 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 수지, 폴리에틸(메트)아크릴레이트 수지, 폴리프로필(메트)아크릴레이트 수지, 폴리부틸(메트)아크릴레이트 수지 또는 폴리펜틸(메트)아크릴레이트 수지일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 아크릴계 수지는 비치환된 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 수지일 수 있다.
상기 아크릴계 수지에 치환될 수 있는 치환기는 특별히 제한하지 않는다.
상기 아크릴계 수지는 230 ℃에서의 용융지수(MI, melting index)가 1 내지 20 g/10분, 1 내지 10 g/10분, 또는 1 내지 5 g/10분일 수 있다.
상기 아크릴계 수지는 연화점이 100 ℃ 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 아크릴계 수지는 연화점이 100 내지 120 ℃, 105 내지 120 ℃, 또는 105 내지 113 ℃일 수 있다.
상기 불소계 수지는 아크릴계 수지와 블렌딩한 혼합 수지의 총 중량을 기준으로 1 내지 10 중량%, 2 내지 8 중량%, 또는 3 내지 7 중량%로 포함될 수 있다.
위상차
상기 기재층은 면내 위상차(Ro)가 10 ㎚ 이하이며, 두께 방향 위상차(Rth)가 50 ㎚ 이하이다.
구체적으로, 상기 기재층은 두께 방향 위상차(Rth) 및 면내 위상차(Ro)가 0 이상이고, Rth/Ro가 0.1 내지 40, 0.1 내지 10, 0.4 내지 10, 또는 0.4 내지 5일 수 있다.
구체적으로, 상기 기재층은 면내 위상차(Ro)가 0.1 내지 10 nm, 0.5 내지 4 ㎚, 또는 0.5 내지 3.5 nm이며, 두께 방향 위상차(Rth)가 1 내지 40 nm, 1 내지 20 nm, 1 내지 10 ㎚, 또는 1 내지 5 nm일 수 있다.
면내 위상차란, 필름 상의 직교하는 이축의 굴절률의 이방성(△Nxy＝｜Nx-Ny｜)과 필름 두께 d(nm)의 곱(△Nxy×d)으로 정의되는 파라미터로, 광학적 등방성 및 이방성을 나타내는 척도이다. 상기 면내 위상차(Ro)는 파장 550 nm에서의 면내 위상차 값으로서, 하기 수학식 1로 표시된다.
[수학식 1]
Ro = (nx－ny) × d
이때, nx는 필름 면내의 일축 방향의 굴절률이고, ny는 필름 면내의 x축에 직교하는 일축 방향의 굴절률이고, d는 필름의 두께(nm)이다.
상기 기재층은 광 입사각이 - 50 내지 50 °일 때, 면내 위상차(Ro)가 3 nm 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 기재층은 광 입사각이 - 50 내지 50 °일 때, 면내 위상차(Ro)가 0 내지 3 nm일 수 있다. 또한, 상기 기재층은 광 입사각이 - 50 내지 50 °일 때, 면내 위상차(Ro)의 표준편차가 1.5 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 기재층은 광 입사각이 - 50 내지 50 °일 때, 면내 위상차(Ro)의 표준편차가 1.1 이하일 수 있다. 상기 표준편차는 면내 위상차의 최대값과 최소값의 차이다.
두께 방향 위상차란, 필름 두께방향 단면에서 봤을 때의 2 개의 복굴절 △Nxz(＝｜Nx-Nz｜)과 △Nyz(＝｜Ny-Nz｜)의 평균값에 필름 두께 d를 곱하여 얻어지는 위상차의 평균을 나타내는 파라미터이다. 상기 두께 방향 위상차(Rth)는 파장 550 nm에서의 두께 방향 위상차 값으로서, 하기 수학식 2로 표시될 수 있다.
[수학식 2]
Rth = {(nx＋ny)/2－nz}×d
이때, nx는 필름 면내의 일축 방향의 굴절률이고, ny는 필름 면내의 x축에 직교하는 일축 방향의 굴절률이고, nz는 필름의 두께 방향의 굴절률이며, d는 필름의 두께(nm)이다.
상기 기재층은 면배향도(Rth/두께)가 0 내지 0.005일 수 있다. 구체적으로, 상기 기재층은 면배향도(Rth/두께)가 0 내지 0.001, 1 X 10-5 내지 1 X 10-3, 1 X 10-5 내지 5 X 10-4, 또는 1 X 10-5 내지 2 X 10-4일 수 있다.
상기 면배향도(Rth/두께)는 파장 550 nm에서 두께방향 굴절률(nz)과 평면 굴절률값의 평균값((nx＋ny)/2)과의 차이에 해당하는 값이다.
상기 기재층은 표면장력이 40 내지 60 dyne/cm이다. 상기 기재층은 표면장력이 상기 범위 내임으로 인해, 이의 표면에 추가층의 적층 또는 코팅이 용이할 수 있고, 상기 추가층은 프라이머층일 수 있다.
상기 기재층은 5 cm × 5 cm × 33 ㎛ (가로×세로×두께)의 크기를 기준으로 150 ℃에서 3 시간 열처리한 후 헤이즈가 0.1 내지 1 %일 수 있다. 구체적으로, 5 cm × 5 cm × 33 ㎛ (가로×세로×두께)의 상기 기재층은 150 ℃에서 3 시간 열처리한 후 헤이즈가 0.1 내지 0.9 %, 또는 0.1 내지 0.8 %일 수 있다.
상기 기재층은 85 ℃에서 24 시간 처리 후 길이 방향 및 폭 방향으로의 수축률이 각각 1 % 이하이다. 구체적으로, 85 ℃에서 24 시간 처리 후 길이 방향 및 폭 방향으로의 수축률이 각각 0.5 % 이하, 0.01 내지 1 %, 0.01 내지 0.9 %, 0.05 내지 1 %, 또는 0.05 내지 0.9 %일 수 있다. 열처리 후 수축률이 상기 범위 내일 경우, 편광판을 만든 후 셀(cell) 형성 시 셀의 휨을 방지하여 빛샘 등을 방지할 수 있다.
상기 편광판용 보호필름은 상기 기재층 단층으로 이루어질 수도 있고, 상기 기재층의 적어도 일면에 추가 층을 더 포함하는 다층 구조일 수도 있다.
일구현예에서, 상기 편광판용 보호필름은 상기 기재층의 일면 또는 양면에 프라이머층을 더 포함할 수 있다.
상기 프라이머층은 편광판용 보호필름에 적용될 수 있는 것이라면 특별히 제한하지 않으나, 예를 들어, 폴리에스테르, 폴리우레탄 및 폴리아크릴레이트 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 프라이머층은 폴리에스테르 또는 폴리우레탄 수지를 포함할 수 있다.
상기 프라이머층의 두께는 50 내지 100 ㎛, 또는 60 내지 80 ㎛일 수 있다.
일구현예에 따른 편광판용 보호필름의 구조를 도 1 및 2에 도시하였다.
도 1을 참조하면, 상기 편광판용 보호필름(100)은 기재층(101) 및 상기 기재층의 일면에 프라이머층(102)을 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 편광판용 보호필름(100)은 기재층(101) 및 상기 기재층의 양면에 프라이머층(102, 103)을 포함할 수 있다.
상기 편광판용 보호필름은 편광자 보호필름일 수 있다.
상기 편광판용 보호필름은 상술한 바와 같은 물성을 만족하는바, 측상방에서 관찰될 때, 및 여러 장 겹쳤을 때, 편광무라 등이 관찰되지 않으며, 추가층 적층 또는 표면 코팅이 용이하다. 따라서, 상기 편광판용 보호필름은 향상된 광학적 특성 및 공정성을 가져 편광판의 제조에 유용하게 사용될 수 있다.
액정표시장치
다른 실시예는,
백라이트 유닛 및 액정 패널을 포함하는 액정표시장치에 있어서,
상기 액정 패널이 상편광판, 액정셀 및 하편광판을 순차적으로 포함하며,
상기 상편광판 및 하편광판은 각각 편광자 및 상기 편광자 양면에 배치된 편광자 보호필름을 포함하고,
상기 편광자 보호필름 중 적어도 하나가 상술한 바와 같은 편광판용 보호필름인, 액정표시장치를 제공한다.
일구현예에 따른 액정표시장치의 구조를 도 3에 도시하였다.
도 3을 참조하면, 액정표시장치(A)는 액정 패널(10) 및 백라이트 유닛(20)을 포함하고, 상기 액정 패널(10)은 편광자(110) 및 상기 편광자의 양면에 편광자 보호필름(100-1 및 100-2)를 포함하는 상편광판; 액정셀(130); 및 편광자(120) 및 상기 편광자의 양면에 편광자 보호필름(100-3 및 100-4)를 포함하는 하편광판을 순차적으로 포함할 수 있다.
상기 상편광판 및 하편광판 각각의 편광자(110, 120)는 요오드 등으로 염색된 폴리비닐알콜(PVA)층일 수 있다. 이때, 상기 폴리비닐알콜층에 포함된 폴리비닐알콜 분자는 일 방향으로 정렬될 수 있다.
또한, 상편광판 및 하편광판의 편광자 보호필름은 각각 상술한 바와 같은 실시예의 편광판용 보호필름일 수 있다. 즉, 상기 편광판용 보호필름은 상편광판의 상면(제1 위치, 100-1), 상편광판과 액정셀 사이(제2 위치, 100-2), 액정셀과 하편광판의 사이(제3 위치, 100-3) 및 하편광판의 하면(제4 위치, 100-4) 중 적어도 한 면에 개재될 수 있다.
일반적으로, 한 종류의 필름을 제1 위치 내지 제4 위치 중 복수의 위치에 적용하는 경우, 필름이 겹치면서 발현되는 특성에 의하여 광학 특성이 저하되는 문제가 생길 수 있다. 이와 관련하여, 일구현예에 따른 상기 편광판용 보호필름은 전술한 물성을 갖는 기재층을 포함함으로써 상기 제1 위치 내지 제4 위치 중 복수의 위치에 적용하더라도 우수한 광학 특성을 구현하는 이점을 갖는다.
전술한 바와 같이, 상기 편광판용 보호필름은 상기 기재층 단층으로 이루어질 수도 있고, 상기 기재층의 적어도 일면에 상기 프라이머층을 더 포함하는 다층 구조일 수도 있다.
상기 액정표시장치의 일구현예에서, 상기 편광판용 보호필름(100)은 상기 편광자 보호필름(100-1 내지 100-4)에 적용될 수 있고, 이 경우, 상기 편광판용 보호필름은 상기 기재층(101)과 상기 편광자(110, 120) 사이에 상기 프라이머층(102, 103)이 배치되도록 개재될 수 있다.
상기 기재층(101)의 표면장력이 상술한 범위를 만족하고, 상기 프라이머층(102, 103)이 상술한 재질을 만족하며, 상기 편광자(11)가 요오드 등으로 염색된 폴리비닐알콜(PVA)층인 경우, 각각의 계면 사이의 부착성이 높아질 수 있고, 이와 동시에 우수한 광학적 물성을 확보할 수 있다.
실시예의 액정표시장치는 상술한 구조에 한정되지 않으며, 필요에 따라 다양하게 변형가능하다.
편광판용 보호필름의 제조방법
다른 실시예는,
(1) 불소계 수지 및 아크릴계 수지를 포함하는 수지 조성물을 용융압출하여 미연신 시트를 제조하는 단계;
(2) 상기 미연신 시트를 길이 방향으로 2 내지 3 배 연신하고, 폭 방향으로 3 내지 4 배 연신하여 연신된 필름을 제조하는 단계; 및
(3) 상기 연신된 필름을 열고정하여 기재층을 제조하는 단계;를 포함하고,
상기 수지 조성물이 상기 불소계 수지와 상기 아크릴계 수지를 1 : 9 내지 99의 중량비로 포함하고,
상기 기재층은 면내 위상차(Ro)가 10 ㎚ 이하이며, 두께 방향 위상차(Rth)가 50 ㎚ 이하이고, 표면 장력이 40 내지 60 dyne/cm인, 편광판용 보호필름의 제조방법을 제공한다.
단계 (1)
본 단계에서는 불소계 수지 및 아크릴계 수지를 포함하는 수지 조성물을 용융압출하여 미연신 시트를 제조한다.
상기 불소계 수지 및 아크릴계 수지는 상기 편광판용 보호필름에서 정의한 바와 같다.
상기 수지 조성물은 상기 불소계 수지와 상기 아크릴계 수지를 1 : 9 내지 99의 중량비로 포함한다. 구체적으로, 상기 수지 조성물은 불소계 수지와 아크릴계 수지를 1 : 9 내지 20의 중량비, 1 : 10 내지 20의 중량비, 또는 1 : 15 내지 20의 중량비로 포함할 수 있다. 불소계 수지와 아크릴계 수지의 혼합비가 상기 범위 내일 경우, 아크릴계 수지의 브리틀한 성질로 인한 공정성 저하 및 불소계 수지의 양의 복굴절률에 의한 위상차 저하를 방지하는 효과가 있다.
상기 수지 조성물은 비정형(비결정성) 특성을 보이며, 상기 용융압출은 아크릴의 용융온도인 200 내지 240 ℃에서 수행할 수 있다. 용융압출이 상기 온도 범위 내에서 수행될 경우, 수지의 용융이 원활하고 압출물의 점도가 적절하게 유지되는 효과가 있다.
단계 (2)
본 단계에서는 상기 미연신 시트를 길이 방향으로 2 내지 3 배 연신하고, 폭 방향으로 3 내지 4 배 연신하여 연신된 필름을 제조한다.
상기 연신은 폭 방향 및 길이 방향 연신비의 비율이 1.1 내지 1.5 : 1이 되도록 수행할 수 있다. 구체적으로, 상기 연신은 폭 방향 및 길이 방향 연신비의 비율이 1.15 내지 1.5 : 1, 1.15 내지 1.45 : 1, 또는 1.2 내지 1.45 : 1 이 되도록 수행할 수 있다.
또한, 상기 연신은 (2-1) 상기 미연신 시트를 5 내지 10 m/분의 속도로 이동시키면서 50 내지 110 ℃, 또는 50 내지 70 ℃로 예열하는 단계;
(2-2) 예열된 상기 미연신 시트를 10 내지 20 m/분의 속도로 이동시키면서 100 내지 120 ℃에서 길이 방향으로 연신하는 단계; 및
(2-3) 길이 방향으로 연신된 시트를 10 내지 20 m/분의 속도로 이동시키면서 120 내지 140 ℃에서 폭 방향으로 연신하는 단계;를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 연신은 (2-1) 상기 미연신 시트를 5 내지 10 m/분의 속도로 이동시키면서 50 내지 70 ℃로 예열하는 단계; (2-2) 예열된 상기 미연신 시트를 10 내지 20 m/분의 속도로 이동시키면서 원적외선 히터(R/H; radiation heater)를 이용하여 600 내지 650 ℃로 열처리하고, 100 내지 120 ℃에서 길이 방향으로 2.3 내지 3.0 배 연신하는 단계; 및 (2-4) 길이 방향으로 연신된 시트를 10 내지 20 m/분의 속도로 이동시키면서 120 내지 140 ℃에서 폭 방향으로 3.0 내지 3.8 배 연신하는 단계;를 포함할 수 있다.
한편, 상기 연신은 길이 방향으로 연신된 시트에 프라이머 조성물을 도포하여 프라이머층을 포함하는 연신된 필름으로 제조할 수 있다. 구체적으로, 상기 연신은 길이 방향으로 연신된 시트에 프라이머 조성물을 150 내지 300 ㎛로 도포하고 건조한 후, 폭 방향으로 연신하여 프라이머층을 포함하는 연신된 필름을 제조할 수 있다. 상기 프라이머 조성물의 도포 두께는 제조된 기재층에서 프라이머층의 두께가 60 내지 80 ㎛가 되도록 적절히 조절할 수 있다.
단계 (3)
본 단계에서는 상기 연신된 필름을 열고정하여 기재층을 제조한다.
상기 열고정은 150 내지 170 ℃에서 1 내지 2 분 동안 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 열고정은 150 내지 165 ℃에서 1 내지 2 분 동안 수행될 수 있다. 열고정 온도가 상기 범위 내일 경우, 실시예에서 목적하는 필름의 두께 방향 및 면내 위상차를 갖는 기재층을 제조하는데 보다 유리하다.
상기 기재층의 두께는 100 ㎛ 이하이다. 구체적으로, 상기 기재층의 두께는 20 내지 80 ㎛일 수 있다.
한편, 상기 편광판용 보호필름의 제조방법은 상기 기재층의 적어도 일면에 프라이머층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 프라이머층의 형성은 통상적으로 프라이머층을 적층하는 방법이라면 특별히 제한하지 않으며, 예를 들어, 코팅, 시트의 적층, 스크린 인쇄 등의 방법으로 수행할 수 있다.
일구현예에서, 상기 프라이머층은 인-라인(in-line) 코팅 방법으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 프라이머층은 상기 단계 (2)에서 미연신 시트를 연신시키는 과정 중에 인-라인 코팅 방법으로 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 단계 (2)에서, 길이 방향으로 연신된 시트의 적어도 일면에 프라이머 조성물을 도포한 후, 폭 방향으로 연신하고 건조시켜 프라이머층을 포함하는 길이 방향으로 연신된 시트를 제조할 수 있다.
상기 프라이머 조성물은 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리아크릴레이트 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 수지와, 물을 포함할 수 있다. 이때, 상기 프라이머 조성물은 조성물 총 중량을 기준으로 5 내지 10 중량%의 고형분을 포함할 수 있으며, 상기 고형분은 상술한 바와 같은 수지일 수 있다. 상기 프라이머 조성물의 고형분 함량이 상기 범위 내일 경우, 프라이머 조성물의 코팅성 및 공정성이 확보될 수 있다.
상기 프라이머 조성물의 도포 두께는 상기 프라이머 조성물 중의 고형분 함량, 최종 프라이머층의 목적 두께 및 상기 시트의 폭 방향의 연신비를 고려하여 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 상기 프라이머 조성물의 도포 두께는 하기 수학식 3을 이용해 결정할 수 있다. 이때, 고형분 함량은 프라이머 조성물 총 중량을 기준으로한 중량% 값일 수 있다.
[수학식 3]
프라이머 조성물의 도포 두께 = 최종 프라이머층 두께 X 폭 방향 연신비 X (100/고형분 함량)
[실시예]
이하, 본 발명을 하기 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
이하 실시예 및 비교예에서 사용한 원료 물질은 다음과 같다:
- PMMA: 비치환된 폴리메틸메타크릴레이트(230 ℃에서의 용융지수(MI, melting index): 2.3 g/10분, 연화점: 109 ℃)(제조사: LGMMA, 제품명: IH830)
- PVDF: 폴리비닐리덴플루오라이드(디플루오로에틸렌 100 몰%, 중량평균분자량: 224,000 g/mol, 230 ℃에서의 용융지수(MI, melting index) 5.9 g/10분, 유리전이온도: -32 ℃)(제조사: solvey, 제품명: solef 1008)
실시예 1.
PMMA를 90 ℃에서 6 시간 건조시킨 후 PMMA 95 중량% 및 PVDF 5 중량%를 리본믹서(ribbon mixer)에서 충분히 혼합하여 혼합수지를 얻었다. 상기 혼합수지를 230 ℃의 압출기를 통하여 용융 압출한 후, 25 ℃의 캐스팅롤에서 냉각하여, 미연신 시트를 제조하였다. 상기 미연신 시트를 5 m/분의 속도로 이동하면서 60 ℃로 예열하고, 예열된 상기 미연신 시트를 13 m/분의 속도로 이동시키면서 원적외선 히터(R/H; radiation heater)로 상부는 650 ℃, 하부는 600 ℃로 열처리함과 동시에 110 ℃에서 길이 방향(MD 방향)으로 250 % 연신했다. 길이 방향으로 연신된 필름은 13 m/분의 속도로 이동하면서 127 ℃에서 폭 방향으로 300 % 연신하였다. 이후, 상기 연신된 시트를 150 ℃의 온도에서 80 초 동안 열고정하여 두께 33.8 ㎛의 편광판용 보호필름의 기재층을 제조하였다.
연신 중 길이 방향 연신 공정(LSM)의 후단에 상기 기재층의 양면에 프라이머 조성물을 도포하고 150 ℃에서 2 분 동안 건조하여 두께 80 nm의 프라이머층을 포함하는 편광판용 보호필름을 제조하였다.
상기 프라이머 조성물은 5 중량%의 폴리우레탄 수지(제조사: DKS, 제품명: SUPERFLEX 210) 및 95 중량%의 물을 혼합하여 제조하였다.
실시예 2 내지 9 및 비교예 1 내지 4.
PMMA와 PVDF의 혼합비, 길이 방향 및 폭 방향의 연신비, 연신 온도 및 연신 속도, 열고정 온도 및 제조된 필름의 두께를 표 1 및 2와 같이 변화시킨 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 편광판용 보호필름을 제조하였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7
수지의 혼합비(중량%) PMMA 95 95 95 95 95 95 95
PVDF 5 5 5 5 5 5 5
필름의 두께 (㎛) 33.8 20.3 36.8 45.1 37.7 45.6 15.8
길이 방향 연신 연신비 (%) 250 250 250 250 250 250 280
필름 이동속도 (m/분) 13 13 13 13 13 13 15
온도 (℃) 110 110 110 110 110 110 110
폭
방향 연신		 연신비 (%) 300 300 300 320 340 360 340
필름 이동속도 (m/분) 13 13 13 13 13 13 15
온도 (℃) 127 127 130 130 130 130 130
연신비 (TD/MD) 1.20 1.20 1.20 1.28 1.36 1.44 1.21
R/H온도(상부/하부)(℃) 650/600 650/600 650/600 650/600 650/600 650/600 650/600
열고정온도 (℃) 150 155 160 160 160 160 160
실시예 8 실시예 9 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
수지의 혼합비(중량%) PMMA 95 90 100 100 100 100
PVDF 5 10 0 0 0 0
필름의 두께 (㎛) 36.8 42 54 48 38 68
길이 방향 연신 연신비 (%) 280 280 250 250 260 0
필름 이동속도
(m/분)		 15 15 13 13 14 5
온도 (℃) 110 110 110 110 110 -
폭
방향 연신		 연신비 (%) 360 320 300 320 300 0
필름 이동속도
(m/분)		 15 15 13 13 14 5
온도 (℃) 130 130 130 130 130 -
연신비 (TD/MD) 1.29 1.14 1.20 1.28 1.15 -
R/H 온도(상부/하부)(℃) 650/600 650/600 650/600 650/600 650/600 -
열고정온도 (℃) 160 140 150 150 150 -
시험예 . 물성 측정
실시예 1 내지 9 및 비교예 1 내지 4에서 제조한 기재층들을 하기와 같이 평가하여 그 결과를 표 3, 및 도 4 내지 6에 나타냈다.
(1) 면내 위상차 ( Ro )
필름의 배향축 방향과 상관없이 필름의 폭방향으로 필름을 4 ㎝×2 ㎝의 직사각형으로 잘라내어, 측정용 샘플로 사용하였다. 이 샘플에 대해서, 직교하는 이축의 굴절률(Nx, Ny) 및 두께방향의 굴절률(Nz)을 아베 굴절률계(아타고사 제조, NAR-4T, 측정파장 550 nm)에 의해 구하고, 상기 이축의 굴절률차의 절대값(｜Nx-Ny｜)을 굴절률의 이방성(△Nxy)으로 하였다. 필름의 두께 d(nm)는 전기 마이크로미터(파인류프사 제조, 밀리트론 1245D)를 사용해서 측정하고, 단위를 nm로 환산하였다. 굴절률의 이방성(△Nxy)과 필름의 두께 d(nm)의 곱(△Nxy×d)으로부터, 면내 위상차(Ro)를 구하였다.
(2) 두께 방향 위상차 ( Rth )
상기 면내 위상차의 측정과 동일한 방법으로 Nx, Ny, Nz와 필름 두께 d(nm)를 구하고, (△Nxz×d)와 (△Nyz×d)의 평균값을 산출하여 두께 방향 위상차(Rth)를 구하였다.
(3) 헤이즈
필름을 5 ㎝ × 5 ㎝로 절단한 후 150 ℃ 오븐에서 3시간 동안 열처리한 후, 헤이즈 측정 장비(NDH-5000W, NIPPON 덴쇼쿠고교)를 이용하여 열처리 후 헤이즈를 측정하였다.
(4) 광의 입사각 변화에 따른 면내 위상차 변화
조사광의 입사각을 조절하여 측정한 것을 제외하고는, 상기 항목 (1)과 동일한 방법으로 면내 위상차를 측정하였다. 이때, 대조군으로 TAC 필름(제조사: Fuji, 제품명: n-tac, 두께 40 ㎛) 및 COP 필름(제조사: zeon, 제품명: zeoner, 두께 25 ㎛)을 사용하였으며, 측정 결과를 도 4에 나타냈다.
(5) 편광무라 발생 여부
상기 실시예 1 또는 비교예 1의 보호필름을 두 편광판(제조사: 삼성 SDI) 사이에 개재한 후 색감을 평가하였다. 측정 결과를 도 5 및 6에 나타냈다.
도 5의 (A)는 비교예 1의 보호필름을 1장 적층한 결과이고, (B)는 실시예 1의 보호필름을 2장 적층한 결과이다.
도 4의 (A)는 실시예 1의 보호필름을 2장 적층한 결과이고, (B)는 비교예 1의 보호필름을 2장 적층한 결과이다.
(6) 전광선 투과율
실시예 1 내지 9 및 비교예 1 내지 4의 기재층을 대상으로, 측정 장비(NDH-5000W, NIPPON 덴쇼쿠고교)를 이용하여 전광선 투과율을 측정하였다.
(7) 표면장력
실시예 1 내지 9 및 비교예 1 내지 4의 기재층을 대상으로, SEO(surface electro optics corporation)社의 PHOENIX-300 TOUCH를 이용하여 표면장력을 측정하였다.
(8) 극각 레인보우 관찰
실시예 1 내지 9 및 비교예 1 내지 4의 보호필름 1장 또는 2장을 두 편광판(제조사: 삼성 SDI) 사이에 개재하여 적층체를 제조하였다. 이후 적층체와 시야의 사잇각을 45 내지 10 °로 변화시키면서 필름의 레인보우 현상을 관찰하였다.
(9) 색감 평가
실시예 1 내지 9 및 비교예 1 내지 4의 기재층을 1장 또는 2장을 겹쳐 놓고 육안으로 관찰하여 회색이 보일 경우 "유"로, 투명하게 보일 경우 "무"로 평가하였다.
두께(㎛) 위상차 면배향도
(Rth/d)		 극각 레인보우
Ro Rth Nz (Rth/Ro) 1장 2장
실시예 1 33.8 2.954 3.696 1.3748 0.0001093 무 무
실시예 2 20.3 3.067 2.147 0.5497 0.0001058 무 무
실시예 3 36.8 0.907 2.121 3.0224 5.764E-05 무 무
실시예 4 45.1 1.758 2.295 1.4243 5.089E-05 무 무
실시예 5 37.7 2.025 1.935 0.9526 5.133E-05 무 무
실시예 6 45.6 2.47 2.308 0.9003 5.061E-05 무 무
실시예 7 15.8 2.194 1.756 0.7008 0.0001111 무 무
실시예 8 36.8 1.069 2.135 2.5189 5.801E-05 무 무
실시예 9 42 4.58 13.1 2.6 0.0003095 무 무
비교예 1 54 40.00 -45 -1.125 -0.0008333 무 약시인
비교예 2 48 12.00 -18 -1.5 -0.0003750 무 약시인
비교예 3 38 60.50 -20 -0.335537 -0.0005342 무 약시인
비교예 4 68 28.00 -121 -4.3214286 -0.0017794 약시인 약시인
두께
(㎛)		 헤이즈
(%)		 전광선
투과율 (%)		 열수축률(%) 표면장력
(dyne/cm)		 색감 평가
MD TD 1장 2장
실시예 1 33.8 0.5 92.99 0.4 0.9 54.2 무 무
실시예 2 20.3 0.6 93.08 0.2 0.7 48.3 무 무
실시예 3 36.8 0.5 92.88 0.4 0.6 40.3 무 무
실시예 4 45.1 0.6 92.81 0.3 0.3 45.2 무 무
실시예 5 37.7 0.6 93.02 0.3 0.6 42.6 무 무
실시예 6 45.6 0.6 92.85 0.5 0.6 58.1 무 무
실시예 7 15.8 0.5 92.99 0.2 0.4 48.2 무 무
실시예 8 36.8 0.5 93.04 0.15 0.05 56.2 무 무
실시예 9 42 0.38 93.12 5.3 14.5 51.3 무 무
비교예 1 54 0.6 92.9 0.9 1.2 25.5 무 유
비교예 2 48 0.5 93.3 0.6 0.9 33.2 무 유
비교예 3 38 0.4 93.03 0.7 1.1 38.4 무 유
비교예 4 68 0.48 93.08 7.8 12.5 25.5 유 유
표 3 및 4에서 보는 바와 같이, 실시예 1 내지 9의 기재층은 면내 위상차(Ro) 및 두께 방향 위상차(Rth)가 0 이상이면서도 낮고, Nz(Rth/Ro) 및 면배향도(Rth/d)가 0보다 커 우수한 광학 특성을 보였다. 또한, 실시예 1 내지 9의 기재층은 헤이즈가 낮고, 열처리 후 길이 방향(MD) 및 폭 방향(TD)으로의 수축률이 모두 1 % 이하로 낮아 높은 신뢰성을 보였다. 나아가, 실시예 1 내지 9의 기재층은 전광성 투과율이 높고, 표면장력이 40 내지 60 dyne/cm로 이의 표면에 프라이머층 코팅시 결함없이 균일하게 도포되며 코팅 공정성이 우수하고 프라이머층과의 계면 부착상이 우수했다.
반면, 비교예 1 내지 4의 기재층은 면내 위상차, 두께 방향 위상차, Nz(Rth/Ro), 면배향도(Rth/d), 열처리 후 수축률, 또는 표면 장력이 본원 목적에 부합하지 않아, 편광무라가 발생하거나 신뢰성이 낮거나 프라이머층 코팅시 공정성이 떨어지는 문제가 있었다.
도 4에서 보는 바와 같이, TAC 필름 및 COP 필름과 비교하여, 실시예 1의 보호필름은 광의 입사각에 따른 면내 위상차 변화가 거의 없음을 알 수 있었다.
도 5 및 6, 및 표 3 및 4에서 보는 바와 같이, 실시예의 보호필름은 편광판 사이에 복수 개로 개재하여도 색변동이 적고, 여러 장을 겹쳐도 레인보우 현상이 발생하지 않으며 회색이 관찰되지 않았다. 특히, 도 5의 (A)는 편광판 사이에 실시예 1의 보호필름을 2장 적층했음에도 불구하고 투명한 반면, (B)는 편광판 사이에 비교예 1의 보호필름을 2장 포함하여 투명성이 저하된 것을 확인할 수 있었다.
100: 편광판용 보호필름 101: 기재층
102, 103: 프라이머층 A: 액정표시장치
10: 액정 패널 20: 백라이트 유닛
100-1, 100-2, 100-3 및 100-4: 편광자 보호필름
110, 120: 편광자 130: 액정셀

Claims (15)

  1. 불소계 수지 및 아크릴계 수지를 1 : 10 내지 20의 중량비로 포함하는 기재층을 포함하고,
    상기 기재층의 면내 위상차(Ro)가 10 ㎚ 이하이며, 두께 방향 위상차(Rth)가 50 ㎚ 이하이고,
    상기 기재층의 표면장력이 40 내지 60 dyne/cm이고,
    상기 불소계 수지는 전단속도 100 s-1 및 230 ℃의 조건으로 모세관 유량계에 의해 측정한 점도가 100 내지 2,500 Pa·s인, 편광판용 보호필름.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기재층의 두께가 100 ㎛ 이하인, 편광판용 보호필름.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 아크릴계 수지가 치환되거나 비치환된 동종중합체(homopolymer)인, 편광판용 보호필름.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 아크릴계 수지가 치환되거나 비치환된 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)인, 편광판용 보호필름.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기재층은 두께 방향 위상차(Rth)가 1 내지 40 ㎚이고, 면내 위상차(Ro)가 0.1 내지 10 ㎚이며, Rth/Ro가 0.1 내지 40인, 편광판용 보호필름.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기재층은 면배향도(Rth/두께)가 0 내지 0.005인, 편광판용 보호필름.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기재층은 광 입사각이 - 50 내지 50 °일 때, 면내 위상차(Ro)가 3 nm 이하인, 편광판용 보호필름.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기재층은 광 입사각이 - 50 내지 50 °일 때, 면내 위상차(Ro)의 표준편차가 1.5 이하인, 편광판용 보호필름.
  9. 제1항에 있어서,
    5 cm × 5 cm × 33 ㎛ (가로×세로×두께)의 상기 기재층은 150 ℃에서 3 시간 열처리한 후 헤이즈가 0.1 내지 1 %인, 편광판용 보호필름.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 기재층은 85 ℃에서 24 시간 처리 후 길이 방향 및 폭 방향으로의 수축률이 각각 1 % 이하인, 편광판용 보호필름.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 기재층의 적어도 일면에 프라이머층을 더 포함하는, 편광판용 보호필름.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 프라이머층이 폴리에스테르, 폴리우레탄 및 폴리아크릴레이트 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는, 편광판용 보호필름.
  13. 백라이트 유닛 및 액정 패널을 포함하는 액정표시장치에 있어서,
    상기 액정 패널이 상편광판, 액정셀 및 하편광판을 순차적으로 포함하며,
    상기 상편광판 및 하편광판은 각각 편광자 및 상기 편광자 양면에 배치된 편광자 보호필름을 포함하고,
    상기 편광자 보호필름 중 적어도 하나가 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 편광판용 보호필름인, 액정표시장치.
  14. (1) 불소계 수지 및 아크릴계 수지를 포함하는 수지 조성물을 용융압출하여 미연신 시트를 제조하는 단계;
    (2) 상기 미연신 시트를 길이 방향으로 2 내지 3 배 연신하고, 폭 방향으로 3 내지 4 배 연신하여 연신된 필름을 제조하는 단계; 및
    (3) 상기 연신된 필름을 열고정하여 기재층을 제조하는 단계;를 포함하고,
    상기 수지 조성물이 상기 불소계 수지와 상기 아크릴계 수지를 1 : 10 내지 20의 중량비로 포함하고,
    상기 기재층은 면내 위상차(Ro)가 10 ㎚ 이하이며, 두께 방향 위상차(Rth)가 50 ㎚ 이하이고, 표면 장력이 40 내지 60 dyne/cm이고,
    상기 불소계 수지는 전단속도 100 s-1 및 230 ℃의 조건으로 모세관 유량계에 의해 측정한 점도가 100 내지 2,500 Pa·s인, 편광판용 보호필름의 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 기재층의 적어도 일면에 프라이머층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 편광판용 보호필름의 제조방법.
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