KR102315358B1 - 광학용 폴리에스테르 보호필름 및 이의 제조방법 - Google Patents

광학용 폴리에스테르 보호필름 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리에스테르 보호필름에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 광학용 폴리에스테르 보호필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

광학용 폴리에스테르 보호필름 및 이의 제조방법{Optical polyester protection film and method for manufacturing thereof}
본 발명은 폴리에스테르 보호필름에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 광학용 폴리에스테르 보호필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
TV, 컴퓨터, 휴대전화 등에 이용되는 디스플레이는 수광형 타입의 액정 표시 장치(LCD)에서부터 최근 상용화된 OLED 디스플레이와 같은 발광형 타입의 표시장치까지 다양한 종류가 개발되고 상용화되었다. 이들 표시장치는 광원에서 사출된 광이 시인측 전면을 빠져나갈 때까지 광학적 경로 상에 배치되는 다양한 기능의 광학필름을 구비하며, 이를 통해서 광 투과량, 광의 방향, 기타 광학적 특성을 최적으로 조정함으로써 명암비, 시야각, 휘도 등의 특성을 향상시키고, 있다.
한편, 최근에 표시장치는 다양한 환경, 예를 들어 더욱 가혹한 환경에서의 사용에 견딜 수 있는 것이 요구되고 있다. 일 예로 휴대전화 등의 모바일용 표시장치나 자동차 내비게이션 시스템 등의 차량용 표시장치 등에서는 더욱 가혹한 환경에서의 사용에 대해서도 내구성을 필요로 하는 것이 요구되고 있다. 또한 텔레비전 등의 대형 표시장치에서는 대형화 고휘도화에 따른 발열량 증가로 표시장치 내부가 고온의 환경에 노출되는 경향이 있다. 따라서 표시장치에 이용되는 여러 종류의 광학필름 역시 고온 다습 등이 가혹한 환경 하에서 그 특성 변화가 작은 즉 내구성이 높은 것이 요구되고 있다.
한편, 이러한 광학필름들은 목적하는 기능을 수행하는 기능층 단독으로 이루어진 경우도 있으나, 기능층이 수분이나 열, 기계적 강도가 약한 문제를 해결하고자 기능층에 보호필름을 합지시킨 구조를 많이 채용하고 있다. 일예로 흡수편광자는 LCD 또는 OLED 디스플레이에서 공통적으로 사용되는 광학필름인데, 흡수편광자는 약한 기계적 강도 등을 보호하고자 일반적으로 트리아세틸 셀룰로오스(TAC)가 보호필름으로써 넓게 이용되고 있다. 그러나 트리아세틸셀룰로스 필름은 두께를 얇게 할 경우 충분한 기계적 강도를 얻을 수 없고, 투습성이 높아서 편광자가 열화되기 쉽다. 또한, 트리아세틸셀룰로스 필름은 고가이어서 저가의 대체 소재가 요구되는 실정에 있다.
이러한 요구에 기인해 최근에는 폴리에스테르 필름을 TAC 필름을 대체한 광학필름용 보호필름으로 사용하려는 시도가 계속되고 있다. 폴리에스테르 필름은 TAC 필름에 비해 저가이고 기계적 강도도 높다.
그러나 폴리에스테르 필름은 복굴절 특성이 커서 연신처리 시 면 내 및 두께방향으로 큰 복굴절 특성을 가짐에 따라서 편광자 등의 광학용 필름, 특히 액정셀의 시인측에 위치하는 광학필름의 보호필름으로 이용할 경우 무지개 얼룩이 시인되게 하는 문제점이 있다. 특히 최근의 LCD 고휘도화 및 고색순도화에 따라 이러한 무지개 얼룩이 더욱 잘 시인됨에 따라서 편광자 등 액정 셀의 시인 측에 배치되는 광학필름의 보호 필름으로서 폴리에스테르 필름의 사용이 제한되고 있는 실정이다. 더불어 폭 중심에서 무지개 얼룩이 발생하지 않는 등 우수한 특성을 발현하도록 구현되어도, 폭방향 단부 측으로 갈수록 무지개 얼룩이 발생하거나 이러한 얼룩이 발생하지 않더라도 광학적 특성이 변화하는 등의 문제점은 여전히 내재됨에 따라서 폭 내에 전체적으로 균일한 물성을 나타내기 어렵고, 큰 폭의 폭을 수득하기도 어려운 실정에 있다.
등록특허공보 제688256호
본 발명은 내습성, 내열성, 내충격성 등을 담보하면서도 넓은 폭에서 광학적 물성이 우수하면서 균일하며, 다양한 종류의 광원에서도 투과광의 간섭에 의한 무지개 얼룩의 시인이 현저히 감소되고, 우수한 색재현성을 구현함에 따라서 광학필름의 보호용 필름으로 매우 적합한 폴리에스테르 보호필름을 제공하는데 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 (1) 폴리에스테르 수지를 용융 압출하여 미연신 시트를 제조하는 단계, (2) 미연신 시트를 길이방향(MD)으로 3.0 ~ 3.3배 제1연신하는 단계, (3) 시트를 폭방향(TD)으로 다단 연신하여 총 3.3 ~ 3.7배 제2연신하되, 구간 별 연신비를 후단으로 갈수록 작아지게 적어도 3단 연신하고 마지막 연신구간에서 폭 변화율이 20% 이하가 되도록 연신하는 단계, 및 (4) 연신된 시트를 열고정시키는 단계를 포함하는 광학용 폴리에스테르 보호필름 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, (3) 단계의 상기 다단 연신에서 최초 연신구간에서 폭 변화량이 마지막 연신구간에서 폭 변화량의 2배 이상일 수 있다.
또한, (3) 단계의 상기 다단 연신은 140 ~ 170℃의 온도 조건 하에서 수행되되, 마지막 연신구간의 연신온도는 155℃ 초과의 온도에서 수행되며 최초 연신구간의 연신온도는 마지막 연신구간 대비 15℃ 이상 낮은 온도에서 수행될 수 있다.
또한, (3) 단계의 상기 다단 연신에서 마지막 연신구간에서 폭 변화율이 15% 이하일 수 있다.
또한, 본 발명은 폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함하며, 파장 632nm에서 측정된 두께방향 위상차가 8000㎚ 이상이고, 광축이 40°미만인 광학용 폴리에스테르 보호필름을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 폭 중심을 기준으로 폭 방향으로 대칭인 두 지점의 두께방향 위상차 차이가 55㎚ 이하일 수 있다.
또한, 두께방향 위상차의 최대값과 최소값의 차이가 70㎚ 이하일 수 있다.
또한, 보호필름의 폭 너비는 폭 중심을 기준으로 ±750㎜ 이상일 수 있다.
또한, 면내 위상차가 570㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 광학용 폴리에스테르 보호필름.
또한, 폭 중심에서 양 폭방향으로 370㎜ 간격을 두고 등간격으로 이격된 총 5개 지점에서 측정된 두께방향 위상차에 대한 하기 수학식1의 두께방향 위상차 변동율은 1% 이하일 수 있다. 또한, 보다 바람직하게는 폭 중심에서 양 폭방향으로 370㎜ 간격을 두고 등간격으로 이격된 총 9개 지점에서 측정된 두께방향 위상차에 대한 하기 수학식1의 두께방향 위상차 변동율은 1% 이하일 수 있다.
[수학식1]
Figure 112020093320755-pat00001
또한, 본 발명은 광학필름 및 상기 광학필름의 적어도 일면에 배치되는 본 발명에 따른 폴리에스테르 보호필름을 포함하는 광학적층체를 제공한다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 광학적층체를 포함하는 화상표시장치를 제공한다.
본 발명에 따른 폴리에스테르 보호필름은 내습성, 내열성, 기계적 강도가 담보됨에 따라서 광학필름의 기능층을 보호하는 용도로써 매우 적합하며, 단가가 낮아 제품원가를 낮출 수 있는 이점이 있다. 또한, 통상적인 광학용 폴리에스테르 보호필름과 달리 투과광의 간섭에 의한 무지개 얼룩의 시인이 현저히 감소되고, 다양한 종류의 광원이 적용되어 구현되는 각종 디스플레이에 적용 시에 광원의 종류에 따른 영향을 최소화하여 우수한 색재현성을 구현할 수 있다. 나아가, 이와 같은 우수하고 균일한 광학적 물성을 보다 증가된 폭 내 구현함에 따라서 대면적화되는 디스플레이 등 광학기기에 채용되기에 매우 적합하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 폴리에스테르 보호필름의 폭 중심으로부터 양 끝단에 이르는 폭 방향 지점들의 두께방향 위상차 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
상술한 본 발명의 일 실시예에 의한 제조방법을 통해서 구현된 폴리에스테르 보호필름은 폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함하며, 파장 632nm에서 측정된 두께방향 위상차가 8000㎚ 이상이고, 40°미만의 광축을 가진다.
상기 폴리에스테르 수지는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함하며, 이를 통해 우수한 내열성, 내습성, 내충격성을 달성하기에 유리하다. 이때, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트는 산성분으로써 테레프탈산, 디올성분으로써 에틸렌글리콜로 이루어진 경우뿐만 아니라 산성분 및 디올성분 전체 몰%를 기준으로 약 10몰% 미만의 테레프탈산 이외의 다가 카르복실산 및/또는 에틸렌글리콜 이외의 다른 디올성분을 포함하여 공중합된 폴리에스테르 역시 본 발명에 따른 폴리에틸렌테레프탈레이트 범주에 속한다. 상기 폴리에스테르 수지는 폴리에틸렌테레프탈레이트 이외에 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등의 이종의 폴리에스테르 성분을 더 포함할 수 있다. 이때, 이종의 폴리에스테르 성분은 폴리에스테르 수지 전체 중량에 대해서 일예로 30중량% 이하, 20중량%이하, 10중량% 이하, 5중량% 이하로 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 폴리에스테르 보호필름은 두께방향 위상차가 8000nm 이상인 동시에 광축이 40° 미만인 폭을 포함하며, 이를 통해서 다양한 서로 다른 광원에 채용되는 경우에도 투과광의 왜곡에 의하 무지개 얼룩의 시인을 방지하기 유리할 수 있다. 통상적인 폴리에스테르 보호필름의 경우 2축 연신공정 및 열고정 공정을 거치면서 잔존 응력에 의해 보잉현상이 발생하고, 보잉현상에 따라서 변동하는 폴리에스테르 수지 주쇄의 배향각이 광축의 변화를 야기시킨다. 또한, 제조공정에서 폴리에스테르 수지의 주쇄와 비결정 영역의 혼합상태에 따라서 폭 방향을 따라서 광축의 변동이 야기될 수 있는데, 본 발명에 따른 광학필름은 폭 내 광축이 40°미만임에 따라서 왜곡에 의한 무지개 얼룩의 시인을 방지할 수 있다. 또한, 편광판과 함께 사용하는 경우 편광판과의 광축의 차이에 의한 빛의 손실을 적게 할 수 있다. 한편, 광축은 편광판 크로스 니콜로 편광판의 블랙모드가 구현되는 시점의 필름 각도로 측정될 수 있다.
또한, 보호필름의 폭은 상술한 두께방향 위상차가 8000nm 이상인 동시에 광축이 40° 미만을 만족하는 영역을 의미하며, 폭 너비는 폭 중심을 기준으로 양 끝단 방향으로 소정의 지점까지 이르는 거리로써 일예로 ±750㎜ 이상일 수 있고, 다른 일예로 ±1500㎜, ±2250㎜ 일 수 있다.
상기 두께방향 위상차는 하기의 수학식2에 의하여 정의되며, 'Nx', 'Ny', 'Nz'는 파장 632nm에서 폴리에스테르 보호필름의 x축방향, y축방향, z축방향(두께 방향) 의 굴절률(refractive index)을 의미한다. 일예로, x축 방향은 MD, y축 방향은 TD일 수 있다. 또한, d는 폴리에스테르 보호필름의 두께(단위: ㎚)를 나타낸다.
[수학식 2]
두께방향 위상차 = {(Nx + Ny)/2 - Nz}×d(nm)
두께방향 위상차는 왜곡에 의한 무지개 얼룩의 시인에 영향을 미치며, 파장 632nm에서 측정된 두께방향 위상차가 8000㎚ 이상, 보다 바람직하게는 8200㎚ ~ 12000nm일 수 있다. 두께 방향 위상차가 8000nm 이상인 경우 투과광의 왜곡에 의한 무지개 얼룩의 시인을 현저히 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 폭 중심을 기준으로 폭 방향으로 대칭인 두 지점의 두께방향 위상차 차이가 55㎚ 이하일 수 있다. 또한, 폭 내 두께방향 위상차의 최대값과 최소값의 차이가 70㎚ 이하, 보다 바람직하게는 50㎚ 이하일 수 있으며, 이를 통해 폭 내 위치에 관계없이 무지개 얼룩의 시인을 보다 현저히 감소시킬 수 있고, 상하, 좌우 40° 이상의 각도로 비스듬히 관찰 시 증가하는 무지개 얼룩의 시인을 더욱 방지하기 유리할 수 있다. 또한, 어느 광원에서 무지개 얼룩이 시인되지 않는 경우에도 광원의 종류가 변경됨에 따라서 발생할 수 있는 무지개 얼룩의 시인을 방지할 수 있다. 만일 폭 중심을 기준으로 폭 방향으로 대칭인 두 지점의 두께 방향 위상차 차이가 55㎚를 초과하거나 또는 폭 내 두께방향 위상차의 최대값과 최소값의 차이가 70㎚를 초과하는 경우 무지개 얼룩 시인의 방지효과가 감소하며, 위치에 따라서 무지개 얼룩이 시인될 수 있고, 특히 정면에서 약간만 비스듬히 관찰 시에도 무지개 얼룩이 시현될 수 있는 등 본 발명의 목적을 달성하기 어려울 수 있다.
한편, 폭 중심을 기준으로 폭 방향으로 대칭인 두 지점의 두께방향 위상차 차이 55㎚ 이하와 폭 내 두께방향 위상차의 최대값과 최소값의 차이가 70㎚을 동시에 만족하는 경우 위치에 관계없이 폭 내 무지개 얼룩의 시인 방지효과에 상승작용, 폴리에스테르 보호필름을 투과한 투과광의 특성이 보다 균일할 수 있고, 이러한 이점은 광누설량의 균일, 명암비 균일, 색조 균일 등에 기여할 수 있다.
또한, 폭 중심에서 양 폭방향으로 370㎜ 간격을 두고 등간격으로 이격된 총 5개 지점에서 측정된 두께방향 위상차에 대한 하기 수학식1의 두께방향 위상차 변동율은 1% 이하, 보다 바람직하게는 0.5% 이하, 더욱 바람직하게는 0.3% 이하를 만족할 수 있고, 이를 통해 위치에 관계 없이 투과하는 광의 광학특성이 보다 균일할 수 있으며, 무지개 얼룩의 시인 방지효과가 더욱 상승하는 등 본 발명의 목적을 달성하기에 보다 유리할 수 있다. 더불어 보다 바람직하게는 폭 중심에서 양 폭방향으로 370㎜ 간격을 두고 등간격으로 이격된 총 9개 지점에서 측정된 두께방향 위상차에 대한 하기 수학식1의 두께방향 위상차 변동율은 1% 이하, 보다 바람직하게는 0.5% 이하, 더욱 바람직하게는 0.3% 이하를 만족함을 통해서 본 발명의 목적을 달성하기에 매우 유리할 수 있다.
[수학식1]
Figure 112020093320755-pat00002
또한, 본 발명의 폭 내 면내 위상차가 650nm이하, 보다 바람직하게는 570㎚ 이하일 수 있고, 다른 일예로 550㎚ 이하일 수 있다. 상기 면내 위상차는 하기의 수학식3으로 계산되며, 여기서 Nx, Ny 및 d는 수학식2에서 정의된 것과 같다. 만일 면내 위상차가 570㎚를 초과할 경우 편광도를 유지하기 어려우며, 무지개 얼룩이 발생할 수 있다.
[수학식 3]
면 내 위상차 = Nx - Ny×d(nm)
또한, 폴리에스테르 보호필름은 두께가 30 ~ 100㎛일 있고, 보다 바람직하게는 50 ~ 75㎛일 수 있다. 만일 두께가 100㎛를 초과하면 면내 위상차의 상승 및 위상차 변동이 클 수 있고, 연신 시의 응력이 많아 짐에 따라 광축이 증가할 수 있으며, 박형화에 바람직하지 못하다. 또한, 만일 두께가 30㎛ 미만일 경우 기계적 강도가 저하되어 보호필름으로써 기능을 수행하기 어려울 수 있고, 보호필름을 이용한 가공 공정에서 주름의 혼입, 기계적 강도 부족에 의한 파단의 문제가 있을 수 있다.
상술한 본 발명의 일 실시예에 의한 폴리에스테르 보호필름은 (1) 폴리에스테르 수지를 용융 압출하여 미연신 시트를 제조하는 단계, (2) 미연신 시트를 길이방향(MD)으로 3.0 ~ 3.3배 제1연신하는 단계, (3) 시트를 폭방향(TD)으로 다단 연신하여 총 3.3 ~ 3.7배 제2연신하되, 구간 별 연신비를 후단으로 갈수록 작아지게 적어도 3단 연신하고 마지막 연신구간에서 폭 변화율이 20% 이하가 되도록 연신하는 단계, 및 (4) 연신된 시트를 열고정시키는 단계를 포함하여 제조될 수 있다.
먼저, 본 발명에 따른 (1) 단계로써, 폴리에스테르 수지를 용융 압출하여 미연신 시트를 제조하는 단계를 수행한다.
상기 (1) 단계는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함하는 폴리에스테르 수지를 용융시켜 통상의 필름 기재를 제조하는 장치를 통해 제조될 수 있다. 또한, 상기 폴리에스테르 수지의 용융압출 시 용융온도는 사용되는 폴리에스테르 수지의 종류를 고려하여 적절히 변경될 수 있어서 본 발명은 이에 대해서 특별히 한정하지 않는다.
상기 (1) 단계를 통해 제조된 미연신 시트의 두께는 40 ~ 250㎛일 수 있으며, 250㎛를 초과할 경우 위상차 제어가 어렵고, 박형화 추세의 디스플레이 등 광학기기에 채용되기 어려울 수 있다.
다음으로 본 발명의 (2) 단계로서, 미연신 시트를 길이방향(MD)으로 연신하는 제1연신하는 단계를 수행한다. 상기 제1연신에서 연신비는 3.0 ~ 3.3일 수 있다. 만약 길이방향의 연신비가 3.0 미만인 경우 필름의 후도 제어가 어렵고, 강도가 낮아 길이방향으로 쉽게 찢어질 우려가 있다. 또한, 길이방향 연신비가 3.3을 초과하는 경우 잔존 수축응력이 높아서 주쇄의 배향각이 커지는 우려가 있는 등 본 발명이 목적하는 물성을 구현하기 어려울 수 있다. 또한, 제1연신 시 온도는 130 ~ 170℃에서 수행될 수 있으며, 이를 통해 본 발명이 목적하는 물성을 갖는 폴리에스테르 보호필름의 제조가 용이할 수 있다.
다음으로 본 발명의 (3) 단계로서, 길이방향으로 연신된 시트를 폭방향(TD)으로 다단 연신하여 총 3.3 ~ 3.7배 제2연신하되, 구간 별 연신비를 후단으로 갈수록 작아지게 적어도 3단 연신하는 단계를 수행한다. 이를 통해 제2연신에서 총 연신비를 달성함을 통해서 연신된 필름의 기계적 강도가 담보되면서 보잉현상이 최소화되기에 유리할 수 있다. 만일 폭 방향 연신비가 3.3 미만인 경우 필름의 후도 제어가 어려우며 필름의 폭 방향으로 쉽게 찢어질 우려가 있다. 또한, 폭 방향 연신비가 3.7을 초과할 경우 잔존 수축응력이 높아서 열수축이 높아지며, 위상차의 편차가 커질 수 있는 등 본 발명이 목적하는 물성을 구현하기 어려울 수 있다.
또한, 적어도 3회 다단 연신하지 않고, 2회 또는 일단으로 연신하는 경우 목적하는 수준으로 광축을 제어하기 어려울 수 있고, 폭 방향으로 광학적 물성의 균일함을 달성하기 어려울 수 있다. 또한, 다단 연신하는 경우에도 연신비가 후단으로 갈수록 작아지지 않는 경우, 구체적으로 연신비가 이전 구간 보다 증가하거나 같은 구간이 존재하는 경우 광축 40°미만 및 두께 방향 위상차가 8000㎚ 이상 물성을 달성하기 용이하지 않을 수 있고, 위치에 따른 광학적 물성 차이가 크거나 및/또는 폭이 매우 작게 구현될 수 있는 등 본 발명의 목적을 달성하기 어려울 수 있다.
또한, 폭방향으로 다단으로 연신하되 후단으로 갈수록 연신비가 작게 연신하고, 마지막 연신구간에서 폭 변화율이 20% 이하가 되도록 연신함을 통해서 40°미만의 광축을 달성하기 유리할 수 있다. 또한, 폭 내 위치를 달리하는 여러 지점에서의 광학적 물성 차이를 최소로 할 수 있으며, 종국적으로는 위치에 관계 없이 균일한 물성을 발현하는 광학필름을 구현하면서 다양한 종류의 광원에 따른 투과광의 무지개 얼룩이 방지되기에 보다 유리할 수 있다. 만일 마지막 연신구간에서 폭 변화율이 20%를 초과 시에 특히 40° 미만의 광축을 달성하기 어려울 수 있다. 또한, 폭 내 40° 미만의 광축을 갖는 부분이 있더라도 폭 중심을 기준으로 광축조건을 만족하는 너비가 매우 좁아서, 일예로 ±375㎜, 다른 일예로 ±750㎜를 초과하는 폭을 달성하기 어려울 수 있다. 바람직하게는 마지막 연신구간에서 폭 변화율은 15%이하일 수 있는데, 이를 통해서 보다 넓은 폭을 달성하기 유리하고, 폭 방향으로 두께방향 위상차 편차가 더욱 작게 구현될 수 있다. 다만, 마지막 연신구간에서 폭 변화율은 7% 이상일 수 있으며, 만일 7% 미만으로 연신될 경우 오히려 광축이 증가하고 두께 방향 위상차 균일성이 저하될 우려가 있다.
한편, 특정 연신구간의 폭 변화율은 제2연신을 통한 폭 길이 총 변화량에 대한 특정 연신구간에서 폭 길이 변화량의 백분율을 의미하며, 하기의 수학식 4를 통해서 계산된다.
[수학식 4]
Figure 112020093320755-pat00003
여기서, 제2연신을 통한 폭 길이 총 변화량은 연신 전 폭 길이 대비 제2연신을 통한 최종 폭 길이의 증가분이며, 최종 폭 길이와 연신 전 폭 길이의 차로 계산된다. 또한, 특정 연신구간에서의 폭 길이 변화량은 해당 특정 연신구간 종료 시 폭 길이와 해당 특정 연신구간 전 폭 길이의 차로 계산된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면 다단 연신 시, 최초 연신구간에서 폭 변화량이 마지막 연신구간에서 폭 변화량의 2배 이상일 수 있고 이를 통해서 폭 방향으로 두께 방향 위상차 등 광학적 물성의 균일성을 보다 담보하기에 유리하다. 만일 최초 연신구간에서 폭 변화량이 마지막 연신구간에서 폭 변화량의 2배 미만일 경우 목적하는 수준의 두께 방향 위상차 편차를 달성하기 어려울 수 있고, 위치에 따라서 및/또는 상하, 좌우 40° 이상의 각도(정면을 0°로 기준)로 비스듬히 관찰 시 무지개 얼룩이 시인될 수 있는 등 본 발명의 목적을 달성하기 용이하지 않을 수 있다.
또한, 제2연신 시 온도는 140 ~ 170℃에서 수행될 수 있는데, 바람직하게는 다단 연신 시 연신구간에 따라서 온도를 다르게 설정할 수 있고, 구체적으로 마지막 연신구간의 연신온도는 155℃ 초과의 온도에서 수행될 수 있고, 최초 연신구간의 연신온도는 마지막 연신구간의 연신온도 대비 15℃ 이상 낮은 온도에서 수행될 수 있으며, 이를 통해 증가된 폭에서 본 발명이 목적하는 물성을 달성하기에 유리할 수 있다. 만일 마지막 연신구간의 연신온도가 155℃ 이하이거나, 및/또는 최초 연신구간에서의 연신온도가 마지막 연신구간에서 연신온도보다 높거나 같은 경우 또는 낮은 경우에도 10℃ 미만으로 낮은 온도로 수행 시 충분히 증가된 폭을 구현하기 어려울 수 있고, 두께방향 위상차, 면내 위상차 등 광학적 물성 편차가 위치 별로 크게 구현되거나 광원의 종류에 따라서 투과광에 의한 무지개 얼룩이 시인될 우려가 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상술한 (3) 단계는 4회 다단 연신을 수행할 수 있고, 최초 연신구간인 제1구간에서 연신비는 1.6 ~ 1.75, 연신온도는 140 ~ 150℃, 제2구간에서 연신비는 1.45 ~ 1.6, 연신온도는 140 ~ 150℃, 제3구간에서 연신비는 1.2 ~ 1.35, 연신온도는 145 ~ 155℃, 마지막 연신구간인 제4구간에서 연신비는 1.05 ~ 1.15, 연신온도는 155 ~ 170℃일 수 있다.
다음으로 본 발명의 (4) 단계로서, 연신된 시트를 열고정시키는 단계를 수행한다. 상기 열고정 시 온도는 보잉 현상을 억제할 수 있도록 통상의 열고정 온도보다 낮은 온도에서 수행될 수 있고, 이를 통해 연신부와 열고정부의 응력차이를 최소화할 수 있다. 상기 열고정 시 온도는 일예로 180 ~ 220℃일 수 있으며, 만일 180℃ 미만인 경우 제대로 열고정되지 않아 치수안정성이 떨어질 수 있으며, 220℃를 초과하는 경우 보잉 현상이 심해져 배향각 및 광축의 상승을 유발할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상술한 방법으로 제조한 폴리에스테르 보호필름의 일면 또는 양면에는 프라이머층이 더 구비될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의한 보호필름은 투과광에 의한 무지개 얼룩의 시인이 방지되도록 물성설계가 되었으나, 후가공 수지와 계면에서 반사되는 빛이 각각 보강, 상쇄 간섭을 일으키기 때문에 발생할 수 있는 무지개 얼룩의 시인을 방지하기 위하여 프라이머층을 더 구비시킬 수 있다.
상기 프라이머층은 광학용 필름에 무지개 얼룩의 시인을 방지하기 위해 구비되는 공지된 프라이머층을 제한 없이 사용할 수 있다. 일예로 프라이머층은 바인더 수지, 유기 또는 무기입자 및 경화제를 포함하여 형성될 수 있다. 상기 바인더 수지는 폴리우레탄계 수지나 수분산 폴리에스테르 수지 중 1종 이상을 주제로 포함할 수 있다. 또한, 상기 유기 또는 무기입자는 주행성을 확보하기 위한 것으로서 평균입경이 10 내지 500㎚인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 만일 입자의 평균입경이 500㎚를 초과하는 경우 헤이즈가 높아질 수 있으며, 입자의 평균입경이 10㎚ 미만인 경우 표면 조도가 낮아져, 블로킹이 발생하거나, 필름 권취에 어려움이 발생하여 외관이 악화될 수 있다. 또한, 상기 무기입자는 실리카 입자 및 실리카-유기물 합성체 중의 적어도 하나로서 굴절률이 1.5이상인 것이 바람직하다. 무기입자의 굴절률이 1.5 미만인 경우 프라이머 층의 전체적인 굴절율이 낮아져, 무지개 얼룩이 시인될 수 있다.
또한, 상기 프라이머층은 경화제로 옥사졸린계, 카보디이미드계, 멜라민계 중에서 선택된 적어도 1종 이상을 포함할 수 있다. 특히, 옥사졸린계 경화제는 폴리에스테르 보호필름에 투습되는 수분을 억제하거나 수분과 반응함으로써, 양면 코팅 시 발생할 수 있는 블로킹 현상을 방지할 수 있다. 또한, 상기 멜라민계 경화제는 주제와 반응 하지만, 멜라민 사이에도 자체적인 경화반응을 통하여 도막강도를 향상시킴으로써 양면 코팅 시 발생할 수 잇는 블로킹 현상을 방지할 수 있다.
또한, 상기 또한 프라이머층은 음이온성 계면활성제 또는 소포제와 같은 첨가제를 더 포함할 수 있으며, 계면활성제 이외 통상적인 필름 또는 광학용도의 필름에서 구비되는 다양한 종류의 첨가제를 포함할 수 있음을 밝혀둔다.
상술한 본 발명의 일 실시예에 의한 폴리에스테르 보호필름은 광학필름의 일면 또는 양면에 구비되어 광학적층체를 구현할 수 있다. 상기 광학필름은 광학분야의 공지된 필름일 수 있으며, 일예로 확산필름, 반사편광필름, 흡수편광필름, 위상차 필름, 보상필름 등일 수 있다.
또한, 폴리에스테르 보호필름이 광학필름과 일체화된 광학적층체는 다양한 광학기기에 장착될 있으며, 일예로 화상표시장치 내 구비될 수 있다. 상기 화상표시장치는 수광형 화상표시장치 또는 발광형 화상표시장치일 수 있으며, 본 발명은 화상표시장치에 대한 구체적인 구성에 대한 설명은 생략한다.
하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
<실시예1>
폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 용융압출하여 캐스팅 롤에서 미연신시트를 제조하였다. 이후 미연신 시트를 온도 150℃, 연신비 3.1로 길이방향(MD)으로 제1연신을 수행한 뒤 폭방향으로 4회 다단 연신하여 총 연신비 3.4로 제2연신을 수행했다. 구체적으로 제2연신에서 제1구간은 온도 145℃, 연신비 1.7, 제2구간은 온도 145℃, 연신비 1.5, 제3구간은 온도 150℃ 연신비 1.2, 제4구간은 온도 160℃, 연신비 1.1로 연신했고, 이후 210℃에서 열고정 하여 최종 폭이 3370㎜, 두께 50㎛인 하기 표 1과 같은 폴리에스테르 보호필름을 제조하였다.
<실시예2 ~ 3>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 하기 표 1과 같이 공정조건을 변경하여 하기 표 1과 같은 폴리에스테르 보호필름을 제조하였다.
<비교예1 ~ 2>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 하기 표 1과 같이 공정조건을 변경하여 하기 표 1과 같은 폴리에스테르 보호필름을 제조하였다.
<실험예>
실시예 및 비교예에 대하여 하기의 물성을 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
1. 면내 및 두께방향 위상차 측정
제조된 필름 폭 중심에서 양 단부 방향으로 각각 185mm 간격을 두고 등간격으로 이격된 총 17개 지점의 면내 및 두께방향 위상차를 측정하였다. 구체적으로 면내 위상차는 우선 2축 연신이 된 필름을 2매의 편광판 사이에 위치시켜, 크로스 니콜로 관찰하여, 빛이 새어 나오지 않는 부근에서 필름 폭방향과의 각도를 구하고, 그 각도의 방향을 Ny, 그에 수직인 방향을 Nx로 정의하여, 각방향에 대한 굴절률을 측정하였다. 굴절률 측정은 아베 굴절계(ATAGO사, NAR-3T)를 이용하여 측정하였으며, 접안렌즈에 편광 기능이 있어, 각 방향 별로 구별하여 굴절률을 측정할 수 있도록 하였다. 또한, 보호 필름의 두께는 마이크로미터(VL-50aS, 미쯔도요사)를 이용하여 측정하였다.
또한, 폭 중심과 폭 중심에서 양 단부 방향으로 각각 370㎜ 간격을 두고 등간격으로 이격된 4개 지점을 더한 총 5개 지점에서 측정된 결과와, 폭 중심과 폭 중심에서 양 단부 방향으로 각각 370㎜ 간격을 두고 등간격으로 이격된 총 8개 지점을 더한 총 9개 지점에서 측정된 결과를 이용해 상술한 수학식1에 따른 두께방향 위상차 변동율을 계산하였다.
또한, 측정된 굴절률과 보호필름 두께를 상술한 수학식2에 대입하여 두께방향 위상차를 계산했고, 수학식3에 대입하여 면내 위상차를 계산하였다.
한편, 측정결과 실시예1은 중심기준 대칭지점의 두께방향 위상차 최대편차가 45nm로 폭 중심을 기준으로 양 측의 두께방향 위상차가 유사하게 구현되었다.
또한, 측정결과 실시예1은 두께방향 위상차 최대값과 최소값의 차가 45.2㎚, 실시예2는 67.5㎚, 실시예3은 79.9㎚, 실시예4는 133.0㎚인 것으로 계산되었고 이를 통해 실시예4보다는 실시예1 ~ 3의 보호필름이 두께방향 위상차 차이가 적게 구현된 것을 알 수 있다.
2. 광축 및 배향각 측정
제조된 필름 폭 중심에서 양 단부 방향으로 각각 185mm 간격을 두고 등간격으로 이격된 17개 지점의 광축과 배향각을 측정했다. 구체적으로 광축은 편광판 크로스 니콜로 편광판의 블랙모드가 구현되는 시점의 필름 각도로 측정하였다.
또한, 주쇄 배향각은 2축 연신을 하고 난 후, 샘플을 배향각 측정장비(SST-4000, 노무라 쇼지 사)로 필름 폭방향에 대한 주쇄의 결정 방향을 측정하였다.
3. LCD TV에서 무지게 얼룩 시인 여부 평가
시중에 판매중인 제조사 A에서 생산된 LCD TV를 준비했다. 준비된 LCD TV의 화면 표면에 실시예 및 비교예에 따른 폴리에스테르 보호필름을 배치시킨 뒤 액정 패널의 시인측을 기준으로 정면을 0°, 좌측 끝 지점을 90°, 우측 끝 지점을 90°라고 할 때, 광원 구동 시 상/하/좌/우 각도 60°지점에서 무지개 얼룩이 육안으로 시인되는지 여부를 하기 기준에 의해 평가하였다.
◎: 상/하/좌/우 각도 60°지점에서 무지개 얼룩이 시인되지 않음
○: 상/하/좌/우 각도 60°지점 중 어느 한 곳에서 약한 무지개 얼룩이 시인됨
△: 상/하/좌/우 60°지점 중 어느 두 곳에서 약한 무지개 얼룩이 시인됨
×: 상/하/좌/우 60°지점 중 어느 세 곳 이상에서 약한 무지개 얼룩이 시인됨
××: 상/하/좌/우 60°지점 중 어느 한 곳 이상에서 강한 무지개 얼룩이 시인됨
4. OLED TV에서 무지게 얼룩 시인 여부 평가
시중에 판매중인 제조사 B에서 생산된 OLED TV를 준비했다. 준비된 OLED TV의 화면 표면에 실시예1에 따른 폴리에스테르 보호필름을 배치시킨 뒤 시인측을 기준으로 정면을 0°, 좌측 끝 지점을 90°, 우측 끝 지점을 90°라고 할 때, 광원 구동 시 상/하/좌/우 각도 60°에서 무지개 얼룩이 육안으로 시인되는지 여부를 평가하였다.
평가 결과 실시예1에 따른 보호필름의 경우 어느 지점에서도 무지개 얼룩이 시현되지 않았다.

 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1 비교예2 비교예3
제법 MD 연신비/온도(℃) 3.1/
150		 3.1/
150		 3.1/
150		 3.1/
150		 3.2/
150		 3.1/
150		 3.1/
150
TD
(연신비/폭 변화율(%)
/온도(℃))		 총 연신비 3.37 3.37 3.35 3.31 3.4 3.32 3.5
1구간 1.7/
29.6/
145		 1.7/
29.6/
145		 1.6/
25.6/
145		 1.8/
34.6/
145		 3.4/
160		 1.35/
15.1/
145		 1.6/
24.1/
145
2구간 1.5/35.9/
145		 1.5/
35.9/
145		 1.4/
27.2/
145		 1.6/
46.7/
150		 - 1.35/20.3/
145		 1.4/
25.7/
145
3구간 1.2/21.6/
150		 1.2/
21.6/
150		 1.3/
28.6/
150		 1.15/
18.7/
160		 - 1.35/27.5/150 1.3/
26.9/
150
4구간 1.1/
12.9/
160		 1.1/
12.9/
150		 1.15/
18.6/
160		 - - 1.35/
37.1/
160		 1.2/
23.3/
160
열고정온도(℃) 210 210 210 210 210 210 210
보호필름 두께(㎛) 50 50 50 50 50 50 50
폭중심 Re(nm) 210 230 280 310 110 290 680
폭중심 Rth(nm) 8400 8400 8400 8400 8166 8200 8200
최대 Re(nm) 545 570 620 650 720 820 1300
5개 지점 Rth 변동율(%) 0.20 0.26 0.54 0.90 2.12 1.61 1.25
9개 지점 Rth 변동율(%) 0.23 0.54 0.91 1.45 2.50 1.89 1.60
최대 광축(°) 36.7 37.5 38.8 39.7 52 59 43
최대 배향각(°) 9.0 9.3 11.1 12.8 43.5 45.9 39.0
최대 광축40°미만인 유효폭(mm) ±1500 ±1300 ±750 ±750 ±185 ±370 ±370
물성 LCD TV ◎ ◎ ○ △ ×× × ×
표 1을 통해 확인할 수 있듯이, 비교예에 따른 보호필름의 경우 LCD TV 화면 표면에 부착될 시 무지게 얼룩이 실시예에 따른 보호필름보다 많이 시현되어 보호필름으로 부적합한 것을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

Claims (13)

  1. (1) 폴리에스테르 수지를 용융 압출하여 미연신 시트를 제조하는 단계;
    (2) 미연신 시트를 길이방향(MD)으로 3.0 ~ 3.3배 제1연신하는 단계;
    (3) 시트를 폭방향(TD)으로 다단 연신하여 총 3.3 ~ 3.7배 제2연신하되, 구간 별 연신비를 후단으로 갈수록 작아지게 적어도 3단 연신하고 마지막 연신구간에서 폭 변화율이 20% 이하가 되도록 연신하는 단계; 및
    (4) 연신된 시트를 열고정시키는 단계;를 포함하는 광학용 폴리에스테르 보호필름 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    (3) 단계의 다단 연신에서 최초 연신구간에서 폭 변화량이 마지막 연신구간에서 폭 변화량의 2배 이상인 것을 특징으로 하는 광학용 폴리에스테르 보호필름 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    (3) 단계의 다단 연신은 140 ~ 170℃의 온도 조건 하에서 수행되되, 마지막 연신구간의 연신온도는 155℃ 초과의 온도에서 수행되며, 최초 연신구간의 연신온도는 마지막 연신구간 대비 15℃ 이상 낮은 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 광학용 폴리에스테르 보호필름 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    (3) 단계의 상기 다단 연신에서 마지막 연신구간에서 폭 변화율이 15% 이하인 것을 특징으로 하는 광학용 폴리에스테르 보호필름 제조방법.
  5. 폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함하며, 폭 중심을 기준으로 ±750㎜인 폭 내에서 파장 632nm에서 측정된 두께방향 위상차가 8000㎚ 이상이고, 광축이 40°미만인 광학용 폴리에스테르 보호필름.
  6. 제5항에 있어서,
    폭 중심을 기준으로 폭 방향으로 대칭인 두 지점의 두께방향 위상차 차이가 55㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 광학용 폴리에스테르 보호필름.
  7. 제5항에 있어서,
    두께방향 위상차의 최대값과 최소값의 차이가 70㎚ 이하 인 것을 특징으로 하는 광학용 폴리에스테르 보호필름.
  8. 삭제
  9. 제5항에 있어서,
    면내 위상차가 570㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 광학용 폴리에스테르 보호필름.
  10. 제5항에 있어서,
    폭 중심에서 양 폭방향으로 370㎜ 간격을 두고 등간격으로 이격된 총 5개 지점에서 측정된 두께방향 위상차에 대한 하기 수학식1의 두께방향 위상차 변동율은 1% 이하인 것을 특징으로 하는 광학용 폴리에스테르 보호필름.
    [수학식1]
    Figure 112020093320755-pat00004
  11. 제10항에 있어서,
    폭 중심에서 양 폭방향으로 370㎜ 간격을 두고 등간격으로 이격된 총 9개 지점에서 측정된 두께방향 위상차에 대한 수학식1의 두께방향 위상차 변동율이 1% 이하인 것을 특징으로 하는 광학용 폴리에스테르 보호필름.
  12. 광학필름 및 상기 광학필름의 적어도 일면에 배치되는 제5항 내지 제7항 및 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 폴리에스테르 보호필름을 포함하는 광학적층체.
  13. 제12항에 따른 광학적층체를 포함하는 화상표시장치.
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