KR102161885B1 - 편광판의 제조방법 및 편광판 제조장치 - Google Patents

편광판의 제조방법 및 편광판 제조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 관통공을 갖는 마스크 필름과 편광자를 롤투롤(Roll to Roll) 공정으로 접합하는 단계를 포함하는 편광판의 제조방법과 편광판의 제조장치에 관한 것이다.

Description

편광판의 제조방법 및 편광판 제조장치{METHOD FOR MANUFACTURING POLARIZING PLATE AND EQUIMENT OF MANUFACFURING POLARIZING PLATE}
본 발명은 편광판의 제조방법과 편광판의 제조장치에 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 제조된 PVA 편광자의 일면 또는 양면에 보호 필름을 적층한 형태로 사용되고 있다.
한편, 최근 디스플레이 장치는 점점 더 슬림화되어 가고 있는 추세이며, 대화면을 구현하기 위해 화면이 디스플레이되지 않는 베젤(bezel)부 및 테두리 두께를 최소화하는 경향으로 발전하고 있다. 또한, 다양한 기능의 구현을 위해, 디스플레이 장치에 카메라 등과 같은 부품이 장착되고 있는 추세이며, 디자인적인 요소를 고려하여 제품 로고나 테두리 영역에 다양한 컬러를 부여하고자 하는 시도들이 이루어지고 있다.
그런데 종래의 편광판의 경우, 편광판의 전 영역에 요오드 및/또는 이색성 염료로 염착되어 있어 편광판이 짙은 흑색을 나타내며, 그 결과 디스플레이 장치에 다양한 컬러를 부여하기 어렵고, 카메라와 같은 부품 위에 편광판이 위치할 경우, 편광판에서 광량의 50% 이상을 흡수하여 카메라 렌즈의 시인성이 저하되는 등의 문제점이 발생하였다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 종래에는 편광판의 일부 영역을 펀칭 또는 절삭하여 물리적으로 제거하는 방법들이 사용되어 왔다. 그러나, 이와 같이 편광판을 펀칭 또는 절삭하는 과정에서 편광판이 찢어지는 문제가 발생할 수 있으며, 편광판의 두께가 점점 얇아지고 있는 최근 추세에 따라 이러한 문제점이 더욱 심화되고 있다. 또한, 편광판 손상 없이 펀칭이나 절삭을 수행하기 위해서는, 펀칭 또는 절삭되는 영역이 편광판의 모서리로부터 충분한 거리를 유지하여야 하나, 이 경우, 베젤부 영역을 축소하고자 하는 최근 디자인 경향에는 적합하지 않다는 문제점이 있다.
물리적인 펀칭이나 절삭 공정 없이 강염기 용액을 이용하여 폴리비닐알코올계 편광자를 국지적으로 탈색시키는 방법이 알려져 있다.
일본 공개 공보 2003-121644
본 발명은 관통공을 갖는 마스크 필름과 편광자를 적층하는 과정에서, 관통공이 찢어지거나 마스크 필름과 편광자의 계면이 밀리는 현상을 방지하여 국지적 탈색 영역을 형성한 편광판을 제조하는 방법과 편광판을 제조하는 장치를 제공하고자 한다. 구체적으로, 연속 공정 수행의 용이성 및 연속 공정 안정성이 우수한 화학적 방법을 제공하고자 한다.
일 측면에서, 본 발명은 (S1) 관통공을 갖는 마스크 필름을 마스크 필름 가이드롤(M1) 측으로 이송하는 단계;
(S2) 상기 마스크 필름 가이드롤(M1)을 통과한 마스크 필름을 서로 접하는 제1 접합롤(L1) 및 제2 접합롤(L2) 중 제1 접합롤(L1) 측으로 이송하는 단계;
(S3) 편광자가 편광자 가이드롤(P1) 측으로 이송하는 단계;
(S4) 상기 편광자 가이드롤(P1)을 통과한 편광자를 서로 접하는 제1 접합롤(L1) 및 제2 접합롤(L2) 중 제2 접합롤(L2) 측으로 이송하는 단계; 및
(S5) 상기 이송된 마스크 필름과 상기 이송된 편광자를 상기 제1 접합롤(L1)과 제2 접합롤(L2) 사이로 통과시키면서 상기 마스크 필름과 상기 편광자가 적층하는 단계를 포함하고,
상기 마스크 필름 가이드롤(M1)의 회전중심과 상기 제1 접합롤(L1)의 회전중심을 잇는 선과 상기 편광자 가이드롤(P1)의 회전중심과 상기 제2 접합롤(L2)의 회전중심을 잇는 선이 이루는 각도(D)가 15°내지 160°인 편광판의 제조방법을 제공한다.
이때, 회전중심은 롤의 회전축에 대하여 롤의 수직 단면에서 중심에 위치한 점을 말한다.
이때, 상기 관통공을 갖는 마스크 필름은 폴리에틸렌(PolyEthylene, PE) 필름, 폴리프로필렌(PolyProlyene, PP) 필름, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PolyEthyleneTerephtalate, PET) 필름, 에틸렌 비닐 아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate, EVA) 필름 또는 폴리비닐아세테이트(PolyVinyl Acetate) 필름일 수 있다.
또한, 본 발명의 제조방법은, 필요에 따라, 상기 S1 단계 이전에, 상기 편광자의 상기 마스크 필름에 대향하는 면의 반대면 상에 보호필름을 구비하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 제조방법은, 필요에 따라, 상기 S3 단계 이전에, 상기 마스크 필름의 상기 편광자에 대향하는 면 상에 점착제층을 구비하는 단계; 및 상기 마스크 필름과 상기 점착제층을 일체로 관통시켜 상기 관통공을 갖는 마스크 필름을 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이때, 관통공을 갖는 마스크 필름을 형성하는 단계는 레이저 또는 다이컷을 이용하여 수행될 수 있다.
또한, 본 발명의 제조방법은, 필요에 따라, 상기 편광자와 상기 마스크 필름이 적층된 적층체를 탈색 용액을 접촉시켜 탈색시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이때, 상기 적층체를 탈색시키는 단계는 상기 적층체를 염기성 용액에 침지시키는 것일 수 있다.
이때, 상기 탈색 용액은 용액은 pH 11 내지 14인 강염기인 것이 바람직하며, 보다 구체적으로는, 수산화나트륨(NaOH), 황산화나트륨(NaSH), 아지트화나트륨(NaN3), 수산화칼륨(KOH), 황산화칼륨(KSH) 및 티오황산칼륨(KS2O3)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 탈색제를 포함하는 것일 수 있다. 한편, 상기 탈색 용액의 점도는 1cP 내지 2000cP 정도일 수 있으며, 탈색 용액은 전체 중량에 대하여, 1 중량% 내지 30 중량%의 탈색제를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 제조방법은, 필요에 따라, 상기 적층체를 탈색시키는 단계 이후에 알코올 또는 산 용액을 이용하여 세척하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 제조방법은, 필요에 따라, 상기 탈색된 적층체에서 상기 마스크 필름을 제거하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 발명은, 제1 접합롤(L1);
상기 제1 접합롤(L1)에 접하도록 구비된 제2 접합롤(L2);
마스크 필름을 상기 제1 접합롤(L1) 측으로 이송하도록 방향을 안내하는 마스크 필름 가이드롤(M1); 및
편광자을 상기 제2 접합롤(L2) 측으로 이송하도록 방향을 안내하는 편광자 가이드롤(P1)을 포함하고,
상기 마스크 필름 가이드롤(M1)의 회전중심과 상기 제1 접합롤(L1)의 회전중심을 잇는 선과 상기 편광자 가이드롤(P1)의 회전중심과 상기 제2 접합롤(L2)의 회전중심을 잇는 선이 이루는 각도(D)가 15°내지 160°인 편광판의 제조장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 화학 처리를 통한 국지적 탈색 영역을 가지는 편광판 제작에 사용되는 관통공을 갖는 마스크 필름의 롤투롤(Roll to Roll) 공정 과정에서 롤 간의 각도를 조절하여, 관통공이 찢어지거나 마스크 필름과 편광자의 계면이 밀리는 현상을 방지할 수 있다. 따라서, 원료의 손실이 최소화될 뿐 아니라 공정이 연속적으로 이루어질 수 있어, 공정 효율이 우수하고, 제조 비용이 저렴하다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 편광판의 제조 방법의 일 구현예를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 편광판의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 적층 공정 중 편광자 및 마스크 필름 계면이 밀려 필름 씹힘의 사진이다.
도 4는 관통공 부위가 찢어진 마스크 필름의 사진이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
필름의 롤투롤(Roll to Roll) 공정에서 필름 간의 각도를 직접적으로 측정하기 까다롭고, 롤의 크기 또는 두께에 따라 필름 간의 각도가 달라진다. 따라서, 롤투롤 공정에서 필름 간의 각도를 기준으로 필름의 적층 조건을 제어하는 것은 어렵다. 반면, 본 발명의 편광판 제조방법은 롤의 회전중심 간의 각도를 기준으로 롤투롤 공정 조건을 손쉽게 제어하여 효과적으로 필름을 적층시킬 수 있다.
도 1에는 본 발명의 편광판 제조방법의 일 구현예가 도시되어 있다. 도 2에는 본 발명의 편광판 제조방법의 개략적인 순서도가 도시되어 있다. 이하에서는 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 다만, 하기 도면에 기재된 사항들은 본 발명을 일 구현예일뿐, 본 발명이 이들 도면에 기재된 사항으로 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 편광자의 제조방법은, 도 1에서 도시한 것과 같이, 편광자(10)와 관통공을 갖는 마스크 필름(20)을 겹친 상태에서 한 쌍의 접합롤(L1 및 L2) 사이에 끼워넣어, 편광자 상에 관통공을 갖는 마스크 필름을 적층시킨 형태의 적층체(30)을 형성하는 단계를 포함하는 방법이다. 이때 마스크 필름이 지나는 마스크 필름 가이드롤(M1)의 회전중심과 제1 접합롤(L1)의 회전중심을 잇는 선과 편광자가 지나는 편광자 가이드롤(P1)의 회전중심과 제2 접합롤의 회전중심을 잇는 선이 이루는 각도(D)는 15° 내지 160°인 것을 특징으로 한다. 바람직하게는, 각도 D는 45° 내지 130°이다.
한편, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 편광판의 제조방법은, 필요에 따라, 점착제층을 구비하는 단계, 보호필름을 구비하는 단계, 탈색시키는 단계, 세척하는 단계 및/또는 마스크 필름을 제거하는 단계를 추가로 포함 할 수 있다.
본 명세서의 "롤의 회전중심"이란, 공정에서 사용되는 롤의 회전축에 대하여 롤의 수직 단면에서 중심에 위치한 점을 말한다. 바람직하게는, 롤의 회전축에 수직인 롤의 단면은 원이며, 그 원의 중심을 말한다.
본 명세서의 "가이드롤"이란, 마스크 필름, 광학 필름 또는 편광자의 이송/주행방향을 안내하거나 회전시키는 롤을 말한다.
본 명세서의 "구비"는 "적층"을 의미할 수 있다.
본 명세서의 "주행"은 "이송"을 의미할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 편광자는 일면에 보호필름을 구비한 채로 제1 접합롤 및 제2 접합롤 사이를 통과할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 관통공을 갖는 마스크 필름은 상기 편광자에 대향하는 면에 점착제층을 구비한 채로 서로 접하고 있는 제1 접합롤 및 제2 접합롤 사이를 통과할 수 있다.
본 발명자들은, 요오드 및/또는 이색성 염료가 염착된 폴리비닐알코올계 편광자의 일부 영역에 탈색 용액을 선택적으로 접촉시켜 국지적으로 편광 해소 영역을 형성하는 경우, 펀칭 및 절삭 등의 물리적 제거 방법과 달리 천공이 생기지 아니하며, 편광자 일면에 보호필름을 먼저 적층한 후에 탈색 공정을 진행함으로써, 편광자의 팽윤 현상이 억제됨으로써, 편광 해소 영역의 미세 주름을 최소화할 수 있음을 알아내었다.
일반적으로, 보호필름이 적층되지 않은 폴리비닐알코올계 편광자에 직접 탈색 용액을 접촉시키는 경우, 수분에 의하여 편광자의 팽윤(swelling) 현상이 발생하게 되며, 이로 인하여 편광 해소 영역 및 그 주변 영역에 주름이 발생할 수 있다. 이 경우, 편광 해소 영역의 표면 거칠기가 상승하여 헤이즈가 증가하게 되고, 결과적으로 편광판의 외관 및 편광 해소 영역에 위치하는 카메라의 시인성을 충분히 확보하기 어렵게 된다. 이에, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 편광판의 제조방법과 같이 탈색 용액을 접촉시키기 이전에 편광자의 일면에 보호필름을 적층시키는 경우, 보호필름과 편광자가 서로 접착되어 있으므로 팽윤 현상 및 주름 발생을 억제시킬 수 있다.
또한, 본 발명자들은 표면장력이 낮은 탈색 용액을 사용하고, 편광자를 탈색 용액에 접촉시키기 전에 하나 이상의 관통공를 포함하는 마스크층을 구비한 후, 편광 해소 영역 형성 단계를 수행함으로써, 연속 공정 용이성 및 불량 발생의 억제 효과를 효율적으로 향상시킬 수 있음을 알아내었다.
이하, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 제조방법의 각 단계를 보다 구체적으로 설명한다.
상기 편광자는, 당 기술 분야에 잘 알려진 폴리비닐알코올계(PVA) 편광자의 제조 방법을 통해 제조하거나, 또는 시판되는 폴리비닐알코올계 편광자를 구입하여 사용할 수 있다.
상기 폴리비닐알코올계 편광자를 제공하는 단계는 예를 들면, 이로써 한정되는 것은 아니나, 예를 들어, 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol)계 폴리머 필름을 요오드 및/또는 이색성 염료로 염착하는 염착 단계, 상기 폴리비닐알코올계 필름과 염료를 가교시키는 가교 단계 및 상기 폴리비닐알코올계 필름을 연신하는 연신 단계를 통하여 수행될 수 있다.
먼저, 상기 염착 단계는 요오드 분자 및/또는 이색성 염료를 폴리비닐알코올계 필름에 염착시키기 위한 것으로, 요오드 분자 및/또는 이색성 염료 분자는 편광자의 연신 방향으로 진동하는 빛은 흡수하고, 수직 방향으로 진동하는 빛은 통과시킴으로써, 특정한 진동 방향을 갖는 편광을 얻을 수 있도록 해줄 수 있다. 이때, 상기 염착은, 예를 들면, 폴리비닐알코올계 필름을 요오드 용액 및/또는 이색성 염료를 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 및/또는 이색성 염료는 용매 100 중량부에 대해서, 0.06 중량부 내지 0.25 중량부로 사용될 수 있다. 상기 요오드 등의 이색성 물질이 상기 범위 내일 경우, 연신 이후에 제조된 편광자의 투과도가 40.0% 내지 47.0%의 범위를 만족할 수 있다.
한편, 이색성 물질로서 요오드를 이용하는 경우에는, 염착 효율의 개선을 위해 요오드화 화합물 등의 보조제를 추가로 함유하는 것이 바람직하며, 상기 보조제는 용매 100 중량부에 대하여 0.3 중량부 내지 2.5 중량부의 비율로 사용될 수 있다. 이때, 상기 요오드화 화합물 등의 보조제를 첨가하는 이유는, 요오드의 경우, 물에 대한 용해도가 낮기 때문에 물에 대한 요오드의 용해도를 높이기 위해서이다. 한편, 상기 요오드와 요오드화 화합물의 배합 비율은 중량기준으로 1:5 내지 1:10이 바람직하다.
상기 추가될 수 있는 요오드화 화합물의 구체적인 예로는, 요오드화 칼륨, 요오드화 리튬, 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 온도로는 25℃ 내지 40℃ 정도로 유지되는 것이 바람직하다. 처리욕의 온도가 25℃ 미만인 경우 염착 효율이 떨어질 수 있으며, 40℃를 초과하는 경우 요오드의 승화가 많이 일어나 요오드의 사용량이 늘어날 수 있다.
이때, 폴리비닐알코올계 필름을 처리욕에 침지하는 시간은 30초 내지 120초 정도인 것이 바람직하다. 침지시간이 30초 미만일 경우 폴리비닐알코올계 필름에 염착이 균일하게 이루어지지 않을 수 있으며, 120초를 초과할 경우에는 염착이 포화(saturation)되어 더 이상 침지할 필요가 없기 때문이다.
한편, 가교 단계는 요오드 및/또는 이색성 염료가 폴리비닐알코올 고분자 매트릭스에 흡착되도록 하기 위한 것으로, 폴리비닐알코올계 필름을 붕산 수용액 등이 담겨있는 가교욕에 침적시켜 수행하는 침적법이 일반적으로 사용되지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 폴리비닐알코올계 필름에 가교제를 포함하는 용액을 도포하거나 분사하는 도포법 또는 분무법에 의해 수행될 수도 있다.
이때, 상기 가교욕의 용액에 사용되는 용매는 물이 일반적으로 사용되지만, 물과 상용성을 갖는 유기 용매가 적당량 첨가되어 있을 수 있으며, 상기 가교제는 용매 100 중량부에 대해 0.5 중량부 내지 5.0 중량부로 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. 상기 가교제의 구체적인 예료는, 붕산, 붕사 등의 붕소 화합물, 글리옥살, 글루타르알데히등 등을 들 수 있으며, 이들을 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 가교욕의 온도는 가교제의 양과 연신비에 따라 다르며, 이에 한정하는 것은 아니나, 일반적으로 45℃ 내지 60℃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. 그러나, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 편광판 제조방법은 5배 이상의 연신이 이루어지는 과정이기 때문에 폴리비닐알코올계 필름의 연신성 향상을 위해 가교욕의 온도를 45℃ 이상으로 유지하여야 한다. 한편, 가교욕에 폴리비닐알코올계 필름을 침지시키는 시간은 30초 내지 120초 정도인 것이 바람직하다. 침지시간이 30초 미만일 경우 폴리비닐알코올계 필름에 가교가 균일하게 이루어지지 않을 수 있으며, 120초를 초과할 경우에는 가교가 포화(saturation)되어 더 이상 침지할 필요가 없기 때문이다.
한편, 연신 단계에서 연신이란 폴리비닐알코올계 필름의 고분자 사슬을 일정한 방향으로 배향시키기 위한 것으로, 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.
이때, 연신 단계는 상기 폴리비닐알코올계 필름을 4배 내지 10배의 연신비로 연신하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 폴리비닐알코올계 필름에 편광성능을 부여하기 위해서는 폴리비닐알코올계 필름의 고분자 사슬을 배향시켜야 하는데, 4배 미만의 연신비에서는 사슬의 배향이 충분히 일어나지 않을 수 있고, 10배 초과의 연신비에서는 폴리비닐알코올계 필름 사슬이 절단될 수 있기 때문이다.
이때, 상기 연신은 45℃ 내지 60℃의 연신온도로 연신하는 것이 바람직하다. 상기 연신온도는 가교제의 함량에 따라 달라질 수 있는데, 45℃ 미만의 온도에서는 폴리비닐알코올계 필름 사슬의 유동성이 저하되어 연신 효율이 감소될 수 있으며, 60℃를 초과하는 경우, 폴리비닐알코올계 필름이 연화되어 강도가 약해질 수 있기 때문이다. 한편, 상기 연신 단계는 상기 염착단계 또는 가교단계와 동시에 또는 별도로 진행될 수도 있다.
한편, 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 두계가 얇은 폴리비닐알코올계 필름(예를 들면, 60㎛ 이하의 PVA 필름)을 연신하는 경우, 연신 과정에서 폴리비닐알코올계 필름이 파단되는 것을 방지하기 위해 사용되는 것으로, 10㎛ 이하의 박형 PVA 편광자를 제조하기 위해 사용될 수 있다.
이 때, 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.
또한, 상기 기재 필름과 폴리비닐알코올계 필름의 적층 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 기재 필름과 폴리비닐알코올계 필름을 접착제 또는 점착제를 매개로 적층할 수도 있고, 별대의 매개물 없이 기재 필름상에 폴리비닐알코올계 필름을 얹어놓는 방식으로 적층할 수도 있다. 또한, 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 제거할 수도 있으나, 제거하지 않고, 다음 단계로 진행할 수도 있다. 이 경우, 상기 기재 필름은 후술할 편광자 보호 필름 등으로 사용될 수 있다.
다음으로, 상기 방법을 통해 편광자가 준비되면, 상기 편광자의 일면에 보호필름을 구비하는 단계를 수행할 수 있다.
상기 보호필름을 구비하는 단계는 상기 연신 단계에서 편광자에 구비하는 방법 또는 상기 편광자의 마스크 필름에 대향하는 면의 반대면 상에 보호필름을 구비하는 방법으로 수행될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 편광자을 이송하는 단계 이전에, 상기 편광자의 상기 마스크 필름에 대향하는 면의 반대면 상에 보호필름을 구비하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 편광자 및 상기 보호필름은 보호필름롤(P2)를 통과하면서 편광자의 일면에 보호필름을 구비할 수 있다.
이때, 상기 보호필름은 두께가 매우 얇은 편광자를 보호하기 위한 필름으로서, 편광자의 일면에 부착하는 투명필름을 말하는 것이며, 기계적 강도, 열안정성, 수분차폐성, 등방성 등이 우수한 필름을 사용할 수 있다. 예를 들면, 트리아세틸셀룰로오즈(TAC)와 같은 아세테이트계, 폴리에스테르계, 폴리에테르술폰계, 폴리카보네이트계, 폴리아미드계, 폴리이미드계, 폴리올레핀계, 시클로 올레핀계, 폴리우레탄계 및 아크릴계 수지 필름 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
또한, 상기 보호필름은 등방성 필름일 수도 있고, 위상차와 같은 보상 기능이 부여된 이방성 필름일 수 있으며, 1매로 구성되거나 또는 2매 이상이 접합되어 구성된 것일 수도 있다. 또한, 상기 보호필름은 미연신, 1축 또는 2축 연신된 필름일 수 있으며, 보호필름의 두께는 일반적으로 1㎛ 내지 500㎛, 바람직하게는 1㎛ 내지 300㎛일 수 있다.
이때, 상기 보호필름은 폴리알코올계 편광자에 대한 접착력이 1N/2cm 이상인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 2N/2cm 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 접착력은 보호필름을 요오드 및 이색성 염료 중 적어도 하나 이상이 염착된 폴리비닐알코올계 편광자에 부착한 후, Texture analyser를 이용하여 90도 박리력으로 측정한 접착력을 의미한다. 접착력이 상기 범위를 만족하는 경우, 보호필름과 폴리비닐알코올계 편광자와의 팽윤이 억제되고, 제조과정 중 컬 발생 및 결점(defect) 발생을 최소화할 수 있다.
한편, 상기 폴리비닐알코올계 편광자의 일면에 보호필름을 적층하는 단계는 편광자에 보호필름을 접합하는 것으로, 접착제를 이용하여 접합할 수 있다. 이때, 당 기술분야에 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 당 기술분야에 알려져 있는 접착제를 이용하여 수행될 수 있다.
상기 보호필름은 편광자 상에 마스크 필름이 구비된 이후에 제거될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 후술할 탈색 단계 이후에 상기 보호필름을 제거하는 단계를 추가로 포함 할 수 있다.
한편, 관통공을 갖는 마스크 필름을 구비하는 단계를 수행할 수 있다. 상기 관통공은 하나 이상이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 관통공은 2개 이상이고, 상기 마스크 필름의 길이 방향으로 소정의 간격으로 배치되어 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 관통공은 2개 이상이고, 상기 마스크 필름의 길이 방향으로 등간격으로 배치되어 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 관통공은 2개 이상이고, 상기 마스크 필름의 폭 방향으로 소정의 간격으로 배치되어 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 관통공은 2개 이상이고, 상기 마스크 필름의 폭 방향으로 등간격으로 배치되어 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 관통공은 2개 이상이고, 상기 마스크 필름의 길이 방향 및 상기 마스크 필름의 폭 방향으로 등간격으로 배치되어 있다. 길이 방향의 간격과 폭 방향의 간격은 동일하거나 상이하다.
상기 관통공의 간격은 적용하고자 하는 소자 또는 제품의 적용 사항에 따라 달라질 수 있다. 예컨대, 여러 개의 관통공이 간격을 달리하여 배치되어 하나의 유닛을 이루고, 그 유닛이 등간격으로 배치될 수 있다. 모바일 소자에서 카메라 부위, 로고 형상 부위, 센서 부위, 및/또는 플래쉬 부위 등에 대응되는 위치에 여러 관통공이 형성되고 하나의 유닛을 이루어 등간격으로 유닛이 배치될 수 있다.
이때, 상기 마스크 필름으로는, 폴리에틸렌(PolyEthylene, PE), 폴리프로필렌(PolyPropylene, PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PolyEthyleneTerephtalate, PET) 등과 같은 올레핀계 필름; 또는 에틸렌 비닐 아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate, EVA), 폴리비닐아세테이트(PolyVinyl Acetate) 등과 같은 비닐 아세테이트계 필름이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 마스크 필름의 두께는, 이로써 한정되는 것은 아니나, 10㎛ 내지 100㎛ 정도, 바람직하게는 10㎛ 내지 70㎛ 정도일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 마스크 필름은 폴리에틸렌(PolyEthylene, PE) 필름, 폴리프로필렌(PolyProlyene, PP) 필름, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PolyEthyleneTerephtalate, PET) 필름, 에틸렌 비닐 아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate, EVA) 필름 또는 폴리비닐아세테이트(PolyVinyl Acetate) 필름이다.
상기 마스크 필름에 관통공를 형성하는 단계는, 특별히 제한되지 않으며, 당 기술분야에 잘 알려져 있는 필름 관통 방법들, 예를 들면, 다이컷, 금형 가공, 나이프 가공 또는 레이저 가공 등을 통해 수행될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 관통공을 형성하는 단계는 레이저 가공 또는 다이컷을 이용하여 수행될 수 있다.
상기 레이저 가공은, 당 기술분야에 일반적으로 알려져 있는 레이저 가공 장치들을 이용하여 수행될 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 레이저 장치의 종류, 출력, 레이저 펄스 반복율 등과 같은 레이저 가공 조건은 필름의 재질이나 두께, 관통공의 형상 등에 따라 달라질 수 있으며, 당 기술 분야의 당업자라면 상기와 같은 점들을 고려하여 레이저 가공 조건을 적절하게 선택할 수 있을 것이다. 예를 들면, 마스크 필름으로 두께가 30㎛ 내지 100㎛인 폴리올레핀 필름을 사용할 경우에는, 중심 파장이 9㎛ 내지 11㎛ 정도인 이산화탄소(CO2) 레이저 장치 또는 중심 파장이 300nm 내지 400nm 정도인 자외선(UV) 장치 등을 사용하여 관통공을 형성할 수 있으며, 이때, 상기 레이저 장치의 최대 평균 출력은 0.1W 내지 30W 정도일 수 있으며, 펄스 반복율은 0kHz 내지 50kHz 정도 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 관통공은 탈색시키고자 하는 영역의 형상에 대응하도록 형성되면 되고, 그 형태나 형성 위치 등은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 관통공은 카메라와 같은 부품이 장착되는 위치에 상기 부품의 형상에 대응되도록 형성될 수도 있고, 제품 로고가 인쇄되는 영역에 제품 로고의 형상으로 형성될 수도 있으며, 편광자의 테두리 부분에 컬러를 부여하고자 하는 경우에는 편광자의 테두리 부분에 액자 형태로 형성될 수도 있다.
상기 관통공을 형성하는 단계는 상기 편광자의 타면에 부착하는 단계 전 또는 후에 이루어질 수 있다. 다시 말해, 마스크 필름에 관통공을 미리 형성한 후에, 관통공이 형성된 마스크 필름을 편광자에 부착할 수도 있고, 마스크 필름을 편광자에 부착한 후에 관통공을 형성할 수도 있다.
상기 편광자에 마스크 필름을 부착하는 단계는 당 기술분야에 잘 알려진 필름의 합지 방법들, 예를 들면, 마스크 필름과 편광 부재를 점착층을 통해 부착하는 방법으로 수행될 수 있으며, 이때, 상기 점착층은 아크릴계 점착제, 실리콘계 점착제, 에폭시계 점착제, 고무계 점착제 등과 같은 점착제를 마스크 필름 또는 편광 부재 상에 도포하여 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 마스크 필름으로 자가 점착력이 있는 필름들(예를 들면, EVA 필름, PVAC 필름, PP 필름 등)을 사용할 경우에는 점착층 형성 없이 마스크 필름을 편광자의 타면에 바로 부착할 수도 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 마스크 필름의 상기 편광자에 대향하는 면 상에 점착제층을 구비할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 S1 이전에, 상기 마스크 필름의 상기 편광자에 대향하는 면 상에 점착제층을 구비하는 단계; 및 상기 마스크 필름과 상기 점착제층을 일체로 관통시켜 상기 관통공을 갖는 마스크 필름을 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이때, 관통공을 갖는 마스크 필름을 형성하는 단계는 레이저 또는 다이컷을 이용하여 수행될 수 있다.
다음으로, 상기 관통공을 갖는 마스크 필름을 순차적으로 마스크 필름 가이드롤(M1), 제1 접합롤(L1) 측으로 이송한다.
이때, 마스크 필름은 마스크 필름 가이드롤(M1)의 상면과 제1 접합롤(L1)의 상면; 마스크 필름 가이드롤(M1)의 하면과 제1 접합롤(L1)의 하면; 마스크 필름 가이드롤(M1)의 상면과 제1 접합롤(L1)의 하면; 또는 마스크 필름 가이드롤(M1)의 하면과 제1 접합롤(L1)의 상면을 주행할 수 있다.
일 실시상태에 있어서, 상기 마스크 필름은 마스크 필름 가이드롤(M1)의 상면과 제1 접합롤(L1)의 상면; 또는 마스크 필름 가이드롤(M1)의 하면과 제1 접합롤(L1)의 하면을 주행한다.
또한, 상기 편광자를 순차적으로 편광자 가이드롤(P1), 제2 접합롤(L2) 측으로 이송한다.
이때, 편광자는 편광자 가이드롤(P1)의 상면과 제2 접합롤(L2)의 상면; 편광자 가이드롤(P1)의 하면과 제2 접합롤(L2)의 하면; 편광자 가이드롤(P1)의 상면과 제2 접합롤(L2)의 하면; 또는 편광자 가이드롤(P1)의 하면과 제2 접합롤(L2)의 상면을 주행할 수 있다. 일 실시상태에 있어서, 상기 편광자는 편광자 가이드롤(P1)의 상면과 제2 접합롤(L2)의 상면; 또는 편광자 가이드롤(P1)의 하면과 제2 접합롤(L2)의 하면을 주행한다.
상기 마스크 필름 가이드롤(M1)은 마스크 필름의 주행 방향을 안내하며, 상기 편광자 가이드롤(P1)은 편광자의 주행 방향을 안내한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 M1, P1, L1 및 L2의 롤의 크기는 서로 동일하거나 상이하다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 M1, P1, L1 및 L2의 롤의 회전 방향은 서로 동일하거나 상이하다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 편광자 가이드롤(P1) 및 상기 제2 접합롤(L2)의 회전 방향은 동일하거나 상이하다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 편광자 가이드롤(P1) 및 상기 제2 접합롤(L2)의 회전 방향은 동일하다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 편광자 가이드롤(P1) 및 상기 제2 접합롤(L2)의 회전 방향은 상이하다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 마스크 필름 가이드롤(M1) 및 상기 제1 접합롤(L1)의 회전 방향은 동일하거나 상이하다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 마스크 필름 가이드롤(M1) 및 상기 제1 접합롤(L1)의 회전 방향은 동일하다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 마스크 필름 가이드롤(M1) 및 상기 제1 접합롤(L1)의 회전 방향은 상이하다.
상기 가이드롤 또는 접합롤의 재질은 SUS, rubber 등에 제한을 두지 않으며, 롤의 지름은 8cm 내지 2500cm 의 크기를 갖는다. 특히, 접합롤은 가이드롤에 비하여 2배 이상의 지름을 갖는 것이 일반적이며, 접합롤의 크기가 클수록 적층시 일정한 힘으로 적층체를 눌러줄 수 있다. 접합롤의 크기는 접합의 규모와 사용하는 편광자의 두께, 너비 등의 조건에 따라 달라질 수 있다.
본 발명의 일 실시 상태에 따르면, 상기 제1 접합롤(L1)의 지름은 상기 마스크 필름 가이드롤(M1)의 지름의 2배 이상이다.
본 발명의 일 실시 상태에 따르면, 상기 제2 접합롤(L2)의 지름은 상기 편광자 가이드롤(P1)의 지름의 2배 이상이다.
상기 이송된 마스크 필름과 상기 이송된 편광자를 서로 접하는 제1 접합롤(L1)과 제2 접합롤(L2) 사이로 통과시키면서 상기 마스크 필름과 상기 편광자을 적층한다. 탈색을 원하지 않는 부위가 마스크층으로 덮여 있지 때문에 롤투롤 공정 시(Roll to Roll process) 불량 발생률을 줄일 수 있고, 폴리비닐알코올계 편광자와 마스크 층이 적층되어 있기 때문에 공정속도의 제한을 받지 않는다는 장점이 있다.
본 명세서의 일 실시 상태에 따르면, 상기 마스크 필름 가이드롤(M1)의 회전중심과 상기 제1 접합롤(L1)의 회전중심을 잇는 선과 상기 편광자 가이드롤(P1)의 회전중심과 상기 제2 접합롤(L2)의 회전중심을 잇는 선이 이루는 각도(D)가 15°내지 160°이다. 이 때, 각도 D는 마스크 필름 가이드롤(M1)의 회전중심과 제1 접합롤(L1)의 회전중심을 잇는 선으로부터 편광자 가이드롤(P1)의 회전중심과 제2 접합롤(L2)의 회전중심을 잇는 선까지 제1 접합롤(L1)의 회전방향으로 측정한 각도를 말한다. 바람직하게는, 각도 D는 45°내지 130°, 50°내지 80°이다. 각도 D가 15° 미만인 경우, 적층 공정 중에 편광자와 마스크 필름의 계면이 밀려 필름이 접합 롤 사이에 씹힘 현상이 생기며, 각도 D가 140° 초과인 경우, 마스크 필름의 관통공이 찢어진다. 필름 사이의 계면이 밀리는 경우 탈색액이 편광자와 마스크 필름 사이로 들어가 관통공에 대응되는 부분에만 탈색시키기 어렵다.
본 발명은 롤투롤(Roll to Roll) 공정에서 롤 간의 각도를 제어함으로써, 공정 중 발생하는 불량에 대하여 빠르게 대응할 수 있으며, 원료의 손실을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 제조방법은, 필요에 따라, 상기 편광자와 상기 마스크 필름이 적층된 적층체를 탈색 용액을 접촉시켜 탈색시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
한편, 상기 탈색용액은 필수적으로 요오드 및/또는 이색성 염료를 탈색시킬 수 있는 탈색제 및 용매를 포함한다. 상기 탈색제는, 편광자에 염착된 요오드 및/또는 이색성 염료를 탈색시킬 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다.
이때, 상기 탈색 용액은 용액은 pH 11 내지 14인 강염기인 것이 바람직하며, 보다 구체적으로는, 수산화나트륨(NaOH), 황산화나트륨(NaSH), 아지트화나트륨(NaN3), 수산화칼륨(KOH), 황산화칼륨(KSH) 및 티오황산칼륨(KS2O3)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 탈색제를 포함하는 것일 수 있다. 상기 탈색 용액의 점도는 1cP 내지 2000cP 정도일 수 있으며, 탈색 용액은 전체 중량에 대하여, 1 중량% 내지 30 중량%의 탈색제를 포함할 수 있다. 또한 상기 탈색 용액은 전체 중량에 대하여, 1 중량% 내지 50 중량%의 알코올계 용매를 포함할 수 있으며, 전체 중량에 대하여, 0.01 중량% 내지 0.5 중량%의 계면활성제를 포함할 수 있다.
상기 용매로는 증류수 등과 같은 물을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 용매는 추가적으로 알코올류 용매를 혼합하여 사용할 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니나, 예를 들면, 메탄올, 에탄올, 부탄올, 이소프로필알코올 등을 혼합하여 사용할 수도 있다.
한편, 상기 탈색 용액 내의 탈색제의 함량은 탈색 과정에서의 접촉 시간에 따라 달리할 수 있으나, 바람직하게는 전체 탈색 용액의 중량에 대해 1 중량% 내지 30 중량% 정도, 더욱 바람직하게는 5 중량% 내지 15 중량% 정도로 포함하는 것이 바람직하다. 탈색제의 함량이 1 중량% 미만일 경우, 탈색이 이루어지지 않거나, 수십분 이상의 시간이 걸려 탈색이 진행되어, 실질적으로 적용이 힘들며, 30 중량% 초과일 경우, 탈색 용액이 편광자로의 확산이 쉽게 이루어지지 않아 탈색 효율의 증가량이 미미하여 경제성이 떨어진다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 탈색 용액의 pH는 11 내지 14일 수 있다. 바람직하게는, 13 내지 14일 수 있다. 상기 탈색제는 강염기 화합물로서, 폴리비닐알코올 사이에 가교결합을 형성하고 있는 붕산을 파괴할 정도의 강염기성을 띄고 있어야 하며, pH가 상기 범위를 만족하는 경우에 탈색이 잘 일어날 수 있다. 예를 들면, 요오드를 분해(탈색)하여 투명하게 만드는(ioding clock reaction) 용액으로서 티오황산나트륨(pH 7)은, 일반적인 요오드 화합물 수용액에서는 탈색을 일으킬 수 있지만, 실제 편광자(PVA)에서는 장시간 접촉하여도(10시간) 탈색이 일어나지 않는다. 즉, 이는 요오드를 분해하기 이전에 강염기로 붕산의 가교결합을 파괴해야 함을 말해준다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 탈색 용액의 점도는 1cP 내지 2000cP일 수 있다. 보다 구제적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 탈색 용액의 점도는 5cP 내지 2000cP일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태는 또한, 표면장력이 50 mN/m 이하인 탈색용액을 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 탈색 용액은 상기 탈색 용액의 전체 중량에 대하여 1 중량% 내지 50중량%의 알코올계 용매를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 탈색 용액은 상기 탈색 용액의 전체 중량에 대하여 0.01 중량% 내지 0.5 중량%의 계면활성제를 포함할 수 있다.
알코올계 용매 및/또는 계면활성제의 함량 범위가 상기 범위 내인 경우, 표면장력이 50 mN/m 이하인 탈색 용액을 얻을 수 있다는 장점이 있다.
한편, 탈색 단계는 10℃ 내지 70℃의 탈색 용액 내에서 1초 내지 60초 동안 수행되는 것이 바람직하다. 탈색 용액의 온도와 침지 시간이 상기 수치범위를 벗어날 경우, 탈색 용액에 의해 편광자의 팽윤 및 이수가 발생하여 편광자에 굴곡이 발생하거나, 원하지 않는 영역까지 탈색이 발생하는 등의 문제점이 발생할 수 있다.
한편, 본 명세서에 있어서, 상기 탈색 용액을 접촉시켜 탈색시키는 단계는, 탈색 용액에 침지하여 관통공이 형성된 부분만을 탈색 공정을 수행한다. 구체적으로, 편광자의 일면에 마스크층을 형성한 후, 상기 보호필름이 구비된 편광자를 탈색 용액에 침지시키는 것일 수 있다. 침지 공정을 이용할 경우, 처리되는 시간이 짧아 상황에 맞게 적절하게 처리 시간을 조정하기 어려운 도포 공정과 달리, 온도나 농도 등이 변경되었을 때 적절하게 처리 시간을 조절할 수 있다는 장점이 있다. 즉, 침지 공정을 이용하여 탈색 공정을 수행할 경우, 필요에 따라, 처리 시간을 조정할 수 있다는 장점이 있다.
상기와 같이 탈색 용액에 관통공을 포함하는 마스크 필름이 구비된 편광자를 침지시키면, 관통공을 통해 편광자에 탈색 용액이 접촉하게 되고, 그 결과 관통공 영역에 대응되는 부분에만 부분적으로 탈색이 일어나게 된다.
한편, 본 명세서의 상기 탈색 단계를 통해 편광이 해소되는 메커니즘을 구체적으로 설명하면 하기와 같다. 요오드 및/또는 이색성 염료가 염착된 폴리비닐알코올의 복합체는 파장대가 400nm 내지 800nm와 같은 가시광선 범위의 빛을 흡수할 수 있는 것으로 알려져 있다. 이때, 탈색 용액을 상기 편광자에 접촉시키면, 상기 편광자에 존재하는 가시광선 파장대의 빛을 흡수하는 요오드 및/또는 이색성 염료가 분해되어, 편광자를 탈색시켜 투과도를 높이고 편광도를 낮추게 된다.
예를 들면, 요오드가 염착된 폴리비닐알코올계 편광자의 일부 영역에 탈색제인 수산화칼륨(KOH)를 포함하는 수용액을 접촉시키는 경우, 하기 화학식 1 및 화학식 2와 같이 일련의 과정으로 요오드가 분해하게 된다. 한편, 요오드가 염착된 폴리비닐알코올계 편광자 제조 시 붕산 가교과정을 거친 경우, 하기 화학식 3에 기재된 바와 같이 수산화칼륨은 붕산을 직접 분해하여, 폴리비닐알코올과 붕산의 수소결합을 통한 가교 효과를 제거하게 된다.
[화학식 1]
Figure 112018082284726-pat00001
[화학식 2]
Figure 112018082284726-pat00002
[화학식 3]
Figure 112018082284726-pat00003
즉, 가시광선 영역의 빛을 흡수하여 I5 -(620nm), I3 -(340nm), I2 -(460nm)와 같은 요오드 및/또는 요오드 이온 착물을 분해하여, I-(300nm이하) 또는 염을 생성하게 되어, 가시광선 영역의 빛을 대부분 투과하게 된다. 이로 인해 편광자의 가시광선 영역인 400nm 내지 800nm 정도의 영역에서 편광 기능이 해소됨으로써 전반적으로 투과도가 높아져서 편광자는 투명하게 된다. 다시 말해서, 편광자에서 편광을 만들기 위하여 가시광선을 흡수하는 배열된 요오드 복합체를 가시광선을 흡수하지 않는 단분자 형태로 분해하여 편광기능을 해소할 수 있다.
또한, 본 발명의 제조방법은, 필요에 따라, 상기 적층체를 탈색시키는 단계 이후에 알코올 또는 산 용액을 이용하여 세척하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기와 같은 탈색 공정이 완료되면, 필요에 따라, 탈색 용액을 세척하는 단계(미도시)를 실시할 수 있다. 탈색 용액이 편광 부재에 잔류하게 되면, 후 공정에서 잔류된 탈색 용액으로 인해, 원하지 않는 영역에 편광자 탈색이 발생할 수 있기 때문이다.
이때, 상기 세척은, 알코올 또는 산성 수용액, 또는 순수에 편광 부재를 침지시키거나, 알코올 또는 산성 수용액, 또는 순수를 편광 부재 상에 도포하는 방법으로 수행될 수 있다. 특히, 상기 알코올의 경우, 건조가 쉬워, 쉽게 제거가 가능하며, 편광 해소 영역 이외의 편광자에는 투과도나 편광도에 영향을 미치지 않으므로 적합하게 사용될 수 있다. 이때, 상기 알코올로는, 예를 들면, 에탄올, 메탄올, 프로판올, 부탄올, 이소프로필알코올 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 또한, 상기 산성 용액의 경우, 주로 염기성을 띄는 잔류된 탈색제가 산 용액과 중화반응하며 제거되며, 상기 산성 용액으로는, 예를 들면, 아세트산 수용액, 아디프산 수용액, 붕산 수용액, 인산 수용액, 락트산 수용액, 황산 수용액, 질산 수용액 또는 이들의 혼합 용액이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 세척하는 단계는 편광자를 1초 내지 180초 동안, 더 바람직하게는 3초 내지 30초 동안 알코올에 침지시키거나, 탈색 용액과 접촉되어 탈색된 국지적 부위에 디스펜서 또는 잉크젯 등을 이용하여 알코올 또는 산 용액을 도포시켜주는 방법을 이용할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따라 탈색제를 이용한 다음 알코올 또는 산 용액으로 세척함으로써, 상기에서 살펴본 바와 같이 탈색제에 의해 형성된 요오드 화합물 및 염 등이 씻겨져 나가게 되고, 관통공 영역의 요오드 및 요오드 이온 착물의 함량이 최소화된다. 따라서, 관통공 영역의 잔류 요오드 및 요오드 이온 착물의 빛의 흡수가 줄어들어 더욱 투명하게 하는 효과를 가져온다.
또한, 본 발명의 제조방법은, 필요에 따라, 상기 탈색된 적층체에서 상기 마스크 필름을 제거하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 마스크 필름의 제거 단계는 편광자로부터 마스크 필름을 박리시키는 방법에 의해 수행될 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 마스크 필름의 제거 단계는 박리롤 등을 이용하여 편광자로부터 마스크 필름을 박리시키는 방법에 의해 수행될 수 있다.
또한, 본 발명의 제조 방법은, 필수적인 것은 아니나 필요에 따라, 상기 탈색 단계 이후에 상기 편광자의 적어도 일면에 광학층을 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이때, 상기 광학층은 보호 필름 또는 위상차 필름과 같은 고분자 필름층일 수도 있고, 휘도향상필름과 같은 기능성 필름층일 수도 있으며, 하드 코팅층, 반사방지층, 접착층, 점착층과 같은 기능성층일 수도 있고, 이들의 조합일 수도 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 탈색된 편광자의 일면 또는 양면에 보호 필름을 적층하여 편광판을 형성한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은, 상기와 같은 과정을 수행하는 편광판의 제조장치를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 편광판의 제조장치는 제1 접합롤(L1);
상기 제1 접합롤(L1)에 접하도록 구비된 제2 접합롤(L2);
마스크 필름을 상기 제1 접합롤(L1) 측으로 이송하도록 방향을 안내하는 마스크 필름 가이드롤(M1); 및
편광자을 상기 제2 접합롤(L2) 측으로 이송하도록 방향을 안내하는 편광자 가이드롤(P1)을 포함하고,
상기 마스크 필름 가이드롤(M1)의 회전중심과 상기 제1 접합롤(L1)의 회전중심을 잇는 선과 상기 편광자 가이드롤(P1)의 회전중심과 상기 제2 접합롤(L2)의 회전중심을 잇는 선이 이루는 각도(D)가 15°내지 160°이다. 바람직하게는, 각도 D는 45 °내지 130°이다.
상기 편광판의 제조장치는 마스크 필름 가이드롤(M1), 편광자 가이드롤(P1), 제1 접합롤(L1), 제2 접합롤(L2) 및 각도 D를 제외하고는 당 기술분야에 알려진 구성요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이형필름 롤(R1) 등을 포함할 수 있다.
이하에서, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
[제조예]
제조예 1 - 편광자의 제조
폴리비닐알코올계 필름(일본합성社 M3000 grade 30㎛)을 25℃ 순수 용액에서 팽윤 공정을 15초간 거친 후, 0.2wt% 농도 및 25℃의 요오드 용액에서 60초간 염착 공정을 진행하였다. 이후, 붕산 1wt%, 45℃ 용액에서 30초가 세정 공정을 거친 후 붕산 2.5wt%, 52℃의 용액에서 6배 연신 공정을 진행하였다. 연신 이후 5wt% 의 KI 용액에서 보색 공정을 거친 후 60℃ 오븐에서 5분간의 건조시킴으로써 두께 12㎛의 편광자를 제조하였다. 이후 편광자의 일면에 접착제를 이용하여 TAC필름을 적층하여 일면에 보호필름을 갖는 편광자를 제조하였다.
제조예 2 - 마스크 필름의 제조
30μm두께의 PET에 점착제를 코팅하고 상부에 15μm PET를 적층하여 마스크필름을 제조 하였다. 이후 CO2 laser를 이용하여 10W의 출력, 펄스 반복율 20kHz로 지름 3mm의 홀을 30cm 간격으로 관통공을 형성하였다.
[실시예]
<실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 5>
접합롤 및 가이드롤 간의 각도를 하기의 표 1에 기재된 D의 각도로 조절하여 상기 제조예에서 제조된 편광자 및 마스크 필름을 제1 접합롤 및 제2 접합롤 사이로 통과시켜, 일면에 보호필름을 갖는 편광자의 다른 일면에 마스크 필름을 적층 하였다. 이후 50℃ KOH 10%의 탈색 용액이 담긴 탈색조에 침지하여 개구부의 탈색을 유도하였다.
[편광판 평가]
<마스크 필름 관통공 찢어짐 평가>
관통공 100개 중 찢어진 것이 10개 이상이면 O, 5개 내지 10개인 경우 △, 4개 이하인 경우는 X로 평가하였다.
<편광자/마스크 필름 계면 밀림 평가>
필름이 접합롤에 씹힘 발생한 경우 Y, 발생하지 않은 경우 N로 평가하였다.
평가 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
D(°) 편광자/마스크 필름 계면 밀림 마스크 필름 관통공 찢어짐
실시예 1 20 N X
실시예 2 50 N X
실시예 3 80 N X
실시예 4 150 N X
비교예 1 5 Y X
비교예 2 10 Y X
비교예 3 165 N △
비교예 4 180 N O
비교예 5 200 N O
실시예 1 내지 4의 방법으로 편광자 및 마스크 필름을 적층시킨 경우, 필름 사이의 계면 밀림 현상이 일어나지 않고, 마스크 필름의 관통공이 찢어지지 않는다. 반면, 비교예 1 및 2는 각도 D가 15°미만으로, 적층 공정 중 필름 계면이 밀려 접합 롤 사이에 씹힘 현상이 생겨 연속적인 공정이 어렵다. 도 3에서 비교예 1의 필름 씹힘 현상을 확인할 수 있다. 또한, 비교예 3 내지 5는 각도 D가 160°보다 큰 경우로 적층 공정 중 마스크 필름의 관통공이 찢어진다. 도 4에서 비교예 4의 관통공이 찢어짐을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 방법에 의한 편광판의 제조는 원료의 손실을 최소화할 수 있고 공정 효율이 우수하다.
이상을 통해, 본 명세서의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 청구 범위 및 발명의 상세한 설명의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하며, 이 또한 발명의 범주에 속한다.
M1: 마스크 필름 가이드롤
P1: 편광자 가이드롤
P2: 보호필름롤
L1: 제1 접합롤
L2: 제2 접합롤
D: M1의 중심과 L1의 중심을 잇는 선과 P1의 중심과 L2의 중심을 잇는 선이 이루는 각도
10: 편광자/보호필름
11: 편광자
12: 보호필름
20: 마스크 필름/점착제
30: 마스크 필름/점착제/편광자/보호필름

Claims (16)

  1. (S1) 관통공을 갖는 마스크 필름을 마스크 필름 가이드롤(M1) 측으로 이송하는 단계;
    (S2) 상기 마스크 필름 가이드롤(M1)을 통과한 마스크 필름을 서로 접하는 제1 접합롤(L1) 및 제2 접합롤(L2) 중 제1 접합롤(L1) 측으로 이송하는 단계;
    (S3) 편광자를 편광자 가이드롤(P1) 측으로 이송하는 단계;
    (S4) 상기 편광자 가이드롤(P1)을 통과한 편광자를 서로 접하는 제1 접합롤(L1) 및 제2 접합롤(L2) 중 제2 접합롤(L2) 측으로 이송하는 단계; 및
    (S5) 상기 이송된 마스크 필름과 상기 이송된 편광자를 상기 제1 접합롤(L1)과 제2 접합롤(L2) 사이로 통과시키면서 상기 마스크 필름과 상기 편광자가 적층하는 단계를 포함하고,
    상기 마스크 필름 가이드롤(M1)의 회전중심과 상기 제1 접합롤(L1)의 회전중심을 잇는 선과 상기 편광자 가이드롤(P1)의 회전중심과 상기 제2 접합롤(L2)의 회전중심을 잇는 선이 이루는 각도(D)가 15°내지 160°인 편광판의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 각도 D는 45 °내지 130°인 편광판의 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 S3 단계 이전에, 상기 편광자의 상기 마스크 필름에 대향하는 면의 반대면 상에 보호필름을 부착하는 단계를 추가로 포함하는 편광판의 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 S1 단계 이전에, 상기 마스크 필름의 상기 편광자에 대향하는 면 상에 점착제층을 구비하는 단계; 및
    상기 마스크 필름과 상기 점착제층을 일체로 관통시켜 상기 관통공을 갖는 마스크 필름을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 편광판의 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 편광자와 상기 마스크 필름이 적층된 적층체를 탈색 용액을 접촉시켜 탈색시키는 단계를 추가로 포함하는 편광판의 제조방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 적층체를 탈색시키는 단계는 적층체를 염기성 용액에 침지시키는 것인 편광판의 제조방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 적층체를 탈색시키는 단계 이후에 알코올 또는 산 용액을 이용하여 세척하는 단계를 추가로 포함하는 편광판의 제조방법.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 탈색된 적층체에서 상기 마스크 필름을 제거하는 단계를 추가로 포함하는 편광판의 제조방법.
  9. 청구항 4에 있어서,
    상기 관통공을 갖는 마스크 필름을 형성하는 단계는 레이저 또는 다이컷을 이용하여 수행되는 것인 편광판의 제조방법.
  10. 청구항 5에 있어서,
    상기 탈색 용액은 pH 11 내지 14인 것인 편광판의 제조방법.
  11. 청구항 5에 있어서,
    상기 탈색 용액은 수산화나트륨(NaOH), 황산화나트륨(NaSH), 아지트화나트륨(NaN 3 ), 수산화칼륨(KOH), 황산화칼륨(KSH) 및 티오황산칼륨(KS 2 O 3 )로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 탈색제를 포함하는 것인 편광판의 제조방법.
  12. 청구항 5에 있어서,
    상기 탈색 용액의 점도는 1cP 내지 2000cP인 것인 편광판의 제조방법.
  13. 청구항 5에 있어서,
    상기 탈색 용액은 전체 중량에 대하여, 1 중량% 내지 30 중량%의 탈색제를 포함하는 것인 편광판의 제조방법.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 관통공을 갖는 마스크 필름은 폴리에틸렌(PolyEthylene, PE) 필름, 폴리프로필렌(PolyProlyene, PP) 필름, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PolyEthyleneTerephtalate, PET) 필름, 에틸렌 비닐 아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate, EVA) 필름 또는 폴리비닐아세테이트(PolyVinyl Acetate) 필름인 것을 특징으로 하는 편광판의 제조방법.
  15. 제1 접합롤(L1);
    상기 제1 접합롤(L1)에 접하도록 구비된 제2 접합롤(L2);
    마스크 필름을 상기 제1 접합롤(L1) 측으로 이송하도록 방향을 안내하는 마스크 필름 가이드롤(M1); 및
    편광자을 상기 제2 접합롤(L2) 측으로 이송하도록 방향을 안내하는 편광자 가이드롤(P1)을 포함하고,
    상기 마스크 필름 가이드롤(M1)의 회전중심과 상기 제1 접합롤(L1)의 회전중심을 잇는 선과 상기 편광자 가이드롤(P1)의 회전중심과 상기 제2 접합롤(L2)의 회전중심을 잇는 선이 이루는 각도(D)가 15°내지 160°인 편광판의 제조장치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 각도 D는 45 °내지 130°인 편광판의 제조장치.
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