KR102400122B1 - 편광막의 제조 방법, 편광막, 및 편광판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 편광막의 전 제조 공정에서 접힘이나 주름의 문제를 해결하여 생산성이 좋고 편광 얼룩이 적은 편광막을 제조하는 것을 목적으로 한다. 1) 폴리비닐 알코올계 필름을 롤에서부터 권출하여 수평 방향으로 이송하는 공정, 2) 물 팽윤 공정, 3) 염색공정, 4) 연신 공정, 및 5) 붕산 가교 공정을 갖는 편광막의 제조 방법이며, 상기 2)∼4) 중 어느 하나의 공정의 전 및/또는 후에서 상기 필름의 폭 방향 양단부에 액체를 분사하여 상기 필름의 컬을 방지하는 것을 특징으로 하는 편광막의 제조 방법.

Description

편광막의 제조 방법, 편광막, 및 편광판

본 발명은 액정표시장치(이하, LCD로 약칭하기도 함) 등에 사용되는 편광막의 제조 방법, 편광막, 및 편광판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원반(原反)인 폴리비닐 알코올계 필름을 요오드로 염색한 편광막의 제조 방법, 이의 제조법에 의해 제조되는 편광막, 그 편광막을 사용한 편광판에 관한 것이다.

LCD는 휴대 정보 단말, 액정 TV, 탁상 전자계산기, 전자시계, 퍼스널 컴퓨터, 워드 프로세서, 자동차나 기계의 계기류 등에 사용되고 있으며, 이 LCD에는 편광판이 사용되고 있다. 편광판으로서는, 요오드 또는 이색성(二色性) 염료를 흡착 배향시킨 폴리비닐 알코올계 필름으로 이루어진 편광막의 편면 또는 양면에, 트리아세틸셀룰로오스 등의 보호 필름을 적층한 것이 일반적으로 사용되고 있으며, 밝고, 높은 콘트라스트를 갖는 LCD를 제공하기 위해서 높은 투과율과 높은 편광도를 겸비한 편광판이 필요해지고 있다.

상술한 편광막은 예를 들면, 폴리비닐 알코올계 필름을 물(온수를 포함)로 팽윤시킨 후, 요오드로 염색하고, 요오드 분자를 배열시키기 위해서 연신하며, 연신한 상태를 유지하기 위해서 붕산 등의 가교제로 가교하여 건조시켜 제조되고 있다. 이와 같은 제조 공정은 롤로부터 폴리비닐 알코올계 필름을 권출하고, 권취기나 니프 롤을 사용하여 수평 방향으로 반송(搬送)하면서 연속하여 실시된다.

그러나 물팽윤, 염색, 연신, 붕산 가교, 건조의 제조 공정에서 필름이 흡수 또는 탈수하여 컬하고, 필름의 폭방향 단부에 접힘이나 주름이 발생하므로, 편광막을 생산성 좋게 제조할 수 없다는 문제가 있었다. 특히, 필름이 얇은 경우에는, 이와 같은 접힘이나 주름이 기인이 되어 필름이 파단하여 생산이 중단하는 문제도 있었다. 또한, 이와 같은 단부의 문제는 편광막의 내부에도 영향을 주어 편광막 전체의 편광 성능을 저하시키거나 편광판의 액정 셀로의 균일한 장착을 곤란하게 하거나 액정 표시 화상의 얼룩이나 탈색 등의 원인이 되고 있었다.

근년, 액정 TV 등의 화면의 대형화에 따라, 종래품보다 더욱 폭이 넓고 박형의 편광막이 필요하게 되는 가운데, 단부의 접힘이나 주름은 박멸하지 않으면 안 되는 과제였다.

이와 같은 접힘이나 주름을 저감하기 위해서, 건조 처리로 필름의 폭 방향으로 일정한 장력을 거는 방법이 제안되고 있다(예를 들면 특허 문헌 1 참조). 또, 수중 주행중의 필름의 폭 방향 양단부에 노즐로부터 물을 분사하는 방법이 제안되고 있다(예를 들면 특허 문헌 2 참조).

특허 문헌 1 JP 2006－189560 A 특허 문헌 2 JP H07－247378 A

그러나 상기 특허 문헌 1의 개시 기술에서는 건조 처리 공정에 있어서의 접힘이나 주름을 회피할 수 있지만, 건조 공정 전의 물 팽윤, 염색, 연신, 붕산 가교중 어느 공정에서 필름에 접힘이나 주름이 발생하면, 원래 건조 공정까지 반송할 수 없다는 과제가 있다.

또, 상기 특허 문헌 2의 개시 기술에서는 수중에서의 접힘이나 주름을 회피할 수 있지만, 공중에서 발생하는 접힘이나 주름을 막을 수 없다.

따라서, 본 발명은 편광막의 전 제조 공정에서, 접힘이나 주름의 문제를 해결하여 생산성이 좋고 편광 얼룩이 적은 편광막을 제조하는 것을 목적으로 한 것이다.

따라서, 본 발명에서는 이하의 형태의 발명을 제공한다.

〔편광막의 제조 방법〕

1) 폴리비닐 알코올계 필름을 롤로부터 권출하여 수평 방향으로 이송하는 공정, 2) 물 팽윤 공정, 3) 염색공정, 4) 연신 공정, 및 5) 붕산 가교 공정을 갖는 편광막의 제조 방법이며,

상기 2)∼4) 중 어느 하나의 공정 전 및/또는 후에서 상기 필름의 폭 방향 양단부에 액체를 분사하여 상기 필름의 컬을 방지하는 것을 특징으로 하는 편광막의 제조 방법.

〔편광막〕

본 발명의 편광막의 제조 방법에 의해 제조되는 편광막.

〔편광판〕

본 발명의 편광막의 적어도 편면에 보호 필름이 설치되는 것을 특징으로 하는 편광판.

본 발명에서 「필름의 폭 방향」이란, 일반적으로는 띠 형태의 필름의 긴 방향에 대해서 대략 직교하는 방향이다. 특히, 롤로부터 권출하여 수평 방향으로 이송되는 폴리비닐 알코올계 필름에서는 필름의 이송 방향에 대해서 대략 직교하는 방향이며, 전형적으로는 필름의 양 테두리간의 거리가 최단이 될 때의 방향을 말한다.

본 발명에서는 필름의 폭 방향을 「TD방향」이라고 칭하고, 필름의 이송 방향을 「MD방향」이라고 칭한다.

또한, 이하에서는 폴리비닐 알코올계 필름을 간단히 「필름」이라고도 말한다.

본 발명의 편광막의 제조 방법에 의하면, 2) 물 팽윤 공정, 3) 염색 공정, 및 4) 연신 공정 중 어느 하나의 공정 전 및/또는 후에서, 폴리비닐 알코올계 필름의 폭 방향 양단부에 액체를 분사하여 필름의 컬을 방지하므로, 필름 전면을 평탄하게 유지할 수 있어 접힘이나 주름을 회피할 수 있다.

본 발명의 제조 방법에 의해, 폭이 넓고 긴 박형의 편광막을 생산성 좋게 제조할 수 있어 편광막의 중앙부로부터 단부까지 균일한 편광도를 갖는 편광막을 얻을 수 있다. 또한, 폭이 넓고 긴 박형의 편광판의 제조를 용이하게 할 수 있어 액정 표시 화상의 얼룩이나 탈색을 저감할 수 있다.

도 1은 1) 원반 권출 공정, 2) 물 팽윤 공정, 3) 염색 공정에 있어서의 액체의 분사 개소(個所)를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 2) 물 팽윤 공정과 3) 염색공정 간에 있어서의 물 팽윤조의 액면과 롤(a)과의 거리(A), 롤(a) 및 롤(b)간의 거리(B)를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 3a는 폴리비닐 알코올계 필름(PVA 필름)의 표면에 액체를 분사하는 경우의 분사 모양을 나타낸 도면이다.
도 3b는 폴리비닐 알코올계 필름(PVA 필름)의 이면에 액체를 분사하는 경우의 분사 모양을 나타낸 도면이다.
도 4는 폴리비닐 알코올계 필름의 표면 또는 이면에 액체를 분사하는 경우에서, 분사 방향과 필름의 면이 이루는 각도 θ1을 나타낸 도면이다.
도 5는 폴리비닐 알코올계 필름의 표면 또는 이면에 액체를 분사하는 경우에서, 분사 방향을 폴리비닐 알코올계 필름의 면에 수직 투영했을 때의 방향과 폴리비닐 알코올계 필름의 이송 방향이 이루는 각도 θ2를 나타낸 도면이다.
도 6은 폴리비닐 알코올계 필름의 표면 또는 이면에 액체를 분사하였을 경우에서, 분사 방향과 필름의 면이 이루는 각도 θ1, 및 분사 방향을 폴리비닐 알코올계 필름의 면에 수직 투영했을 때의 방향과 폴리비닐 알코올계 필름의 이송 방향이 이루는 각도 θ2를 나타낸 그림이다.
도 7은 폴리비닐 알코올계 필름에 액체를 분사하는 경우의 분사 모양의 일례를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하지만, 이들은 바람직한 실시형태의 일례를 나타내는 것이며, 본 발명은 이들 내용으로 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 편광막의 제조 방법에서는, 1) 폴리비닐 알코올계 필름을 롤로부터 권출하여 수평 방향으로 이송하는 공정, 2) 물 팽윤 공정, 3) 염색 공정, 4) 연신 공정, 및 5) 붕산 가교 공정을 거쳐 편광막을 제조한다. 또한, 1) 폴리비닐 알코올계 필름을 롤로부터 권출하여 수평 방향으로 이송하는 공정을 이하에서는 1) 원반 권출 공정이라고도 한다.

상기 1) 원반 권출 공정에 사용되는 폴리비닐 알코올계 필름은 폴리비닐 알코올계 수지를 필름상에 제막하여 롤에 권취한 것이다.

폴리비닐 알코올계 필름에 사용되는 폴리비닐 알코올계 수지로서는 통상, 미변성의 폴리비닐 알코올계 수지, 즉, 초산비닐을 중합하여 얻어지는 폴리 초산비닐을 비누화하여 제조되는 수지가 사용된다. 본 발명에서 사용되는 폴리비닐 알코올계 필름에서는 반드시 이것으로 한정되는 것이 아니고, 초산비닐과 소량(예를 들면, 10몰% 이하, 바람직하게는 5몰% 이하)의 초산비닐과 공중합 가능한 성분과의 공중합체를 비누화하여 얻어지는 폴리비닐 알코올계 수지를 사용할 수도 있다. 초산비닐과 공중합 가능한 성분으로서는, 예를 들면, 불포화 카르본산(예를 들면, 염, 에스테르, 아미드, 니트릴 등을 포함한다), 탄소수 2∼30의 올레핀류(예를 들면, 에틸렌, 프로필렌, n－부텐, 이소부텐 등), 비닐 에테르류, 불포화 설폰산염 등을 들 수 있다. 또, 비누화 후의 수산기를 화학 수식하여 얻어지는 변성 폴리비닐 알코올계 수지를 사용할 수도 있다.

또, 폴리비닐 알코올계 수지로서 측쇄에 1,2－디올 구조를 갖는 폴리비닐 알코올계 수지를 사용할 수도 있다. 이와 같은 측쇄에 1,2－디올 구조를 갖는 폴리비닐 알코올계 수지는 예를 들면, (i) 초산비닐과 3,4－디아세톡시-1－부텐과의 공중합체를 비누화하는 방법, (ⅱ) 초산비닐과 비닐에틸카보네이트와의 공중합체를 비누화 및 탈탄산하는 방법, (ⅲ) 초산비닐과 2,2－디알킬-4－비닐-1,3－디옥솔런과의 공중합체를 비누화 및 탈케탈화하는 방법, (ⅳ) 초산비닐과 글리세린모노아릴에테르와의 공중합체를 비누화하는 방법 등에 의해 얻을 수 있다.

폴리비닐 알코올계 수지의 중량 평균 분자량은, 광학 성능이나 연신성의 관점에서 10만∼30만인 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 11만∼28만, 더욱 바람직하게는 12만∼26만이다.

폴리비닐 알코올계 수지의 평균 비누화도는 광학 성능의 관점에서 통상 98 몰% 이상인 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 99몰% 이상, 더욱 바람직하게는 99.5몰% 이상, 특히 바람직하게는 99.8몰% 이상이다.

본 발명에서 사용하는 폴리비닐 알코올계 수지로서 변성종, 변성량, 중량 평균 분자량, 평균 비누화도 등의 다른 2종 이상의 것을 병용할 수도 있다.

본 발명에서 사용되는 폴리비닐 알코올계 필름은 상기의 폴리비닐 알코올계 수지를 사용하여 폴리비닐 알코올계 수지 수용액을 조제하고, 이와 같은 수용액을 캐스트 드럼, 캐스트 벨트, 캐스트 수지 필름 등의 캐스트형에 토출 및 캐스팅하여 제막하고 건조 후, 롤에 권취하는 것으로 제조된다.

폴리비닐 알코올계 수지 수용액에는 폴리비닐 알코올계 수지 이외에, 필요에 따라, 글리세린, 디글리세린, 트리글리세린, 에틸렌글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 트리메티올프로판 등의 일반적으로 사용되는 가소제나, 비이온성, 음이온성, 및/또는 양이온성의 계면활성제를 함유시키는 것이 제막성의 관점에서 바람직하다.

폴리비닐 알코올계 수지 수용액의 수지 농도는 10∼60중량%인 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 15∼55 중량%, 더욱 바람직하게는 20∼50 중량%이다.

캐스트형에 토출할 때의 폴리비닐 알코올계 수지 수용액의 온도는 80∼100℃인 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 85∼98℃이다. 또, 캐스트형에 토출되는 폴리비닐 알코올계 수지 수용액의 토출 속도는 0.1∼5m/분인 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 0.2∼4m/분, 더욱 바람직하게는 0.3∼3m/분이다.

캐스트 드럼 등의 캐스트형의 표면 온도는 40∼99℃인 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 60∼95℃이다.

캐스트형으로 제막된 필름의 건조는 필름의 표면과 이면을 복수 라인의 열 롤의 외주부에 교대로 접촉시키면서 반송시키는 것으로 실시된다. 열 롤에 의한 건조 후, 필름에 열처리를 실시할 수도 있다. 열처리에 대해서는 60∼150℃에서 실시되는 것이 바람직하고, 특히 80∼130℃가 바람직하다.

필름을 롤에 권취하기 전에 필름의 양단부를 슬릿으로 자를 수도 있다.

이와 같은 폴리비닐 알코올계 필름의 두께는 편광막의 박형화의 관점에서 5∼60㎛인 것이 바람직하고, 또한, 박형화의 관점에서 특히 바람직하게는 5∼30㎛이며, 파단 회피의 관점에서 더욱 바람직하게는 10∼30㎛이다.

또, 폴리비닐 알코올계 필름의 폭은 3m 이상인 것이 바람직하고, 대면적화의 관점에서 특히 바람직하게는 4m 이상, 파단 회피의 관점에서 더욱 바람직하게는 4∼6m이다.

또, 폴리비닐 알코올계 필름의 길이는 4km 이상인 것이 바람직하고, 대면적화의 관점에서 특히 바람직하게는 4.5km 이상, 더욱 바람직하게는 5km 이상이다.

또한, 필름의 길이의 상한은 파단 회피의 관점에서 바람직하게는 50km 이하, 특히 바람직하게는 40km 이하, 더욱 바람직하게는 30km 이하이다.

본 발명의 제조 방법에서는 상기 2) 물 팽윤 공정, 3) 염색공정, 및 4) 연신 공정 중 어느 하나의 공정의 전 및/또는 후에서, 반송되는 필름의 폭 방향 양단부에 액체를 분사하여 필름의 컬을 방지한다.

4) 연신 공정의 후의 5) 붕산 가교 공정 후나, 그 후의 6) 건조 공정 후에, 액체의 분사를 실시하는 것도 가능하지만, 이와 같은 공정에서는 필름이 가교나 건조에 의해 고경도가 되므로 접힘이나 주름은 발생하기 어렵고, 분사에 의한 효과는 현저하지 않다.

액체의 분사를 실시하는 시기는 상기 2) 물 팽윤 공정, 3) 염색 공정, 및 4) 연신 공정 중에서는, 접힘 회피의 관점에서 2) 물 팽윤 공정의 후, 및/또는 3) 염색공정의 후가 바람직하고, 특히 바람직하게는 상기 주름 회피의 관점에서 2) 물 팽윤 공정 후이며, 더욱 바람직하게는 편광막의 평탄화의 관점에서 2) 물 팽윤 공정 후 10초 이내이다.

분사를 실시하는 필름의 면은, 특히 한정되지 않고, 표면, 이면, 및 양면으로의 분사가 가능하다. 일반적으로, 원반이 되는 폴리비닐 알코올계 필름은 폴리비닐 알코올계 수지의 수용액을 캐스트 벨트 등의 캐스트형에 토출 및 캐스팅하여 제막하고, 연속적으로 건조하여 얻을 수 있다. 이와 같은 건조에서, 양면 상태가 전혀 같지 않은 것이 많으며, 편면측 수분이 적거나, 결정화도가 높거나 하는 경우가 많다. 당연한 것이지만, 수분이 적은 면이 흡수하여 늘어나기 쉽기 때문에, 편광막 제조에 있어서의 2) 물 팽윤 공정이나 3) 염색 공정에서 반대면측에 필름이 컬 하기 쉽다. 이와 같은 경우, 본 발명에서는 컬 방향인 상기 반대면측의 양단부에, 액체의 분사를 실시하는 것이 유효하다.

분사하는 액체로서는, 물(온수를 포함), 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올, 산/알칼리수, 염색액, 글리세린 수용액, 각종 약품의 수용액 등의 액체를 들 수 있다. 이들 중에서는, 편광막의 성능에 악영향 주지 않는 관점에서 물, 염색액 등의 액체가 바람직하고, 특히 바람직하게는 설비의 간편함의 관점에서 물이다. 물을 사용하는 경우, 수온은 10∼50℃가 바람직하고, 특히 바람직하게는 20∼40℃이다.

또, 분사하는 액체로서 미스트 상태의 액체를 사용할 수도 있고, 편광막의 성능에 악영향 주지 않는 관점이나 설비의 간편함의 관점에서 미스트 상태의 물이 바람직하다. 이하, 미스트 상태의 액체를 간단히 「미스트」라고도 말한다.

여기서, 미스트란 일반적으로 액체를 인공적으로 안개 상태로 한 것이며, 미소한 액적을 의미한다. 미스트의 입경은 통상, 서브 마이크론∼수백 마이크론이다. 본 발명에서 사용되는 미스트의 입경은 바람직하게는 1∼500㎛이며, 특히 바람직하게는 2∼100㎛, 더욱 바람직하게는 3∼50㎛이다. 미스트의 입경이 너무 크면, 분사 얼룩이 발생하기 쉬운 경향이 있고, 너무 작으면 분사압의 제어가 곤란해지고, 또한 부유하여 환경에 악영향을 미치는 경향이 있다.

미스트의 분사는 시판의 미스트 살포 장치를 사용하여 실시할 수 있다. 이와 같은 미스트 살포 장치로서는, 펌프로 압축한 액체를 노즐로부터 분무하는 일류체 방식의 것이나, 압축한 액체와 압축한 공기를 충돌시켜 형성된 미스트를 분무하는 이류체 방식의 것을 들 수 있지만, 본 발명에서는 설비의 간편함으로 일류체 방식의 것이 바람직하다. 분사 시에 있어서의 미스트 유량은 분사 효과의 관점에서 바람직하게는 0.01∼1L/분이며, 특히 바람직하게는 0.1∼0.5L/분이다.

또, 미스트의 노즐로부터의 분출 형상은 점 형태, 선 형태, 원 형태, 타원 형태 등을 들 수 있지만, 본 발명에서는 분사 효과의 관점에서 원 형태가 바람직하다. 분출 각도는 특별히 한정되지 않지만, 분사 효과의 관점에서 1∼90°가 바람직하다. 또한, 물 이외의 액체를 사용하는 경우는 내식성이 뛰어난 플라스틱제 노즐이 바람직하다.

이하에, 본 발명이 바람직한 실시 형태의 하나로서 2) 물 팽윤 공정 후에 액체의 분사를 실시하는 경우를 예를 들어 본 발명을 설명한다.

일반적으로, 2) 물 팽윤 공정은 폴리비닐 알코올계 필름의 팽윤도 제어의 관점에서 바람직하게는 10∼45℃, 특히 바람직하게는 20∼35℃이며, 바람직하게는 0.1∼10분간, 특히 바람직하게는 0.5∼5분간, 물에 침지하여 실시된다. 또한, 물에는 요오드화 화합물, 계면활성제 등의 첨가물, 알코올 등이 소량 들어가 있을 수 있다.

예를 들면, 도 1에 나타낸 바와 같이, 롤에 감겨진 폴리비닐 알코올계 필름을 롤로부터 권출하여 수평 방향으로 이송하는 1) 원반 권출 공정을 거치고, 물 팽윤조에 투입된 폴리비닐 알코올계 필름은 2) 물 팽윤 공정에 의해 폴리비닐 알코올계 필름의 물 팽윤이 실시된다. 그 후, 물 팽윤조로부터 끌어 올려진 폴리비닐 알코올계 필름은 롤을 거쳐 염색조로 이송되며, 3) 염색공정에서 폴리비닐 알코올계 필름의 염색이 실시된다.

본 발명에 있어서, 필름 양단부로의 액체의 분사는 상술한 바와 같이, 2) 물 팽윤 공정 후, 3) 염색 공정에 이르기까지의 공정 간에 필름에 대해서 실시되는 것이 바람직하다. 이와 같은 공정 간에 접힘이나 주름이 가장 발생하기 쉽고, 접힘이나 주름으로 필름끼리가 일단 붙으면 간단하게는 벗겨지지 않는다. 또, 이와 같은 공정 간에 접힘이나 주름이 발생했을 경우에는, 2) 및 3)의 공정이 편광막 제조의 첫 공정이므로, 후속 공정에게 주는 영향이 매우 크다. 분사의 구체적인 위치는 예를 들면, 2) 물 팽윤 공정의 물 팽윤조로부터 나온 직후 및 최초의 롤(a)의 직후가 바람직하다. 또한, 도 1 중의 화살표에서 분사의 위치와 방향을 모식적으로 나타낸다.

본 발명에서는, 도 2에 나타낸 바와 같이 필름이 2) 물팽윤 공정에 있어서의 물 팽윤조를 나와 최초의 롤(a)에 접할 때까지의 거리(A)가 1m 이하인 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는, 최초의 롤(a)로부터 염색조 직전의 롤(b)까지의 거리(B)도 1m 이하인 경우이다. 거리 A가 너무 길면, 접힘이나 주름이 증가하는 경향이 있다. 또한, 물 팽윤조로부터 롤(a)까지의 거리(A)는 물팽윤조의 액면으로부터 롤(a)까지의 최단 거리를 나타내며, 최초의 롤(a)로부터 염색조 직전의 롤(b)까지의 거리 B는 롤(a)와 롤(b)와의 사이의 최단 거리를 나타낸다.

또한, 일련의 공정에 있어서의 롤 간의 장력은, 1∼100N/m인 것이 바람직하다. 롤 간의 장력이 너무 크면, 파단하기 쉬운 경향이 있고, 반대로 너무 작으면, 접힘이나 주름이 증가되는 경향이 있다.

또한, 2) 물 팽윤 공정에서 3) 염색공정에 이르는 필름의 이송 속도는 생산성의 관점에서 1m/분 이상인 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 1.5m/분 이상, 더욱 바람직하게는 2m/분 이상이다.

액체에 의한 분사를 실시하는 경우, 노즐을 사용하여 필름의 폭 방향 양단부의 편면 또는 양면에 액체를 토출하는 것이 바람직하다. 이때, 도 3a에 나타낸 바와 같이, 필름의 표면에 액체를 토출할 수도 있고, 도 3b에 나타낸 바와 같이, 필름의 이면에 액체를 토출할 수도 있고, 필름의 양면에 액체를 토출할 수도 있다. 이와 같은 노즐로서는 특별히 한정되지 않고, 점 토출 노즐, 선 토출 노즐, 면 토출 노즐 등 공지의 노즐을 사용할 수 있지만, 분사 위치의 제어의 관점에서 점 토출이 바람직하다. 이와 같은 노즐은 동종의 것을 복수 개 설치할 수도 있고, 복수 종의 것을 조합할 수도 있다.

노즐의 위치는 도 2에 나타낸 바와 같이, 필름의 접힘 회피의 관점에서 필름이 2) 물팽윤 공정에 있어서의 물 팽윤조를 나온 후, 반송용 롤(a)에 접할 때까지 가 바람직하고, 특히 바람직하게는 필름의 주름 회피의 관점에서 물 팽윤조의 출구로부터 노즐까지 1m 이내의 거리이며, 더욱 바람직하게는, 필름의 평탄성의 관점에서 반송용 롤(a)로부터 노즐까지 0.5m 이내의 거리이다. 또한, 물 팽윤조의 출구로부터 노즐까지의 거리, 및 반송용 롤(a)로부터 노즐까지의 거리는 각각 최단 거리를 나타낸다.

또, 노즐과 필름면과의 사이의 거리는 필름이 접힘 회피의 관점에서 1∼100mm의 거리인 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 필름의 주름 회피의 관점에서 2∼50mm의 거리이다. 또한, 노즐과 필름면과의 사이의 거리는 최단 거리를 나타내며, 구체적으로는, 필름면에 수직인 방향에 있어서의 노즐과 필름면과의 사이의 거리를 나타낸다.

본 발명에서는 컬 방지의 효과의 관점에서 분사의 유속과 분사 각도가 중요하다.

분사의 유속은 0.01∼5m/초인 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 0.02∼3 m/초, 더욱 바람직하게는 0.03∼2m/초이다. 유속이 너무 늦으면, 컬 방지의 효과가 저하되는 경향이 있고, 유속이 너무 빠르면 필름에 물결이 생기기 쉬운 경향이 있다.

액체의 분사 방향을 필름의 면에 수직 투영했을 때, 환언하면 필름면에 수직인 방향으로 필름면을 보았을 때, 액체의 분사 방향이 필름의 폭 방향(TD방향)이나 필름의 이송 방향(MD방향)으로 평행이 아닌 것이 바람직하다. 따라서, 바람직하게는 액체의 분사의 각도에는 액체의 분사 방향과 필름의 면이 이루는 각도 θ1 뿐만 아니라, 액체의 분사 방향을 필름의 면에 수직 투영했을 때의 방향과 필름의 이송 방향(MD방향)과의 이루는 각도 θ2가 포함된다(도 4∼도 6을 참조).

또한, 도 6에서는 필름의 이송 방향을 x축, 필름의 폭 방향을 y축, 필름면에 수직인 방향을 z축으로 하고, 필름면을 xy면, 필름면에 수직인 면이고 필름의 폭 방향으로 평행한 면을 yz면, 필름면에 수직인 면이고 필름의 이송 방향으로 평행한 면을 xz면으로 하고 있다.

액체의 분사 방향과 필름의 면이 이루는 각도 θ1은 5∼80°인 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 10∼70°이며, 더욱 바람직하게는 20∼60°이다. 분사 각도 θ1이 너무 낮으면, 컬 방지의 효과가 저하되는 경향이 있고, 너무 높으면 필름에 물결이 생기기 쉬운 경향이 있다.

또, 액체의 분사 방향을 필름의 면에 수직투영했을 때의 방향과 필름의 이송 방향(MD방향)이 이루는 각도 θ2는 5∼175°인 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 20∼90°이며, 더욱 바람직하게는 30∼60°이다. 분사 각도 θ2가 너무 낮으면, 컬 방지의 효과가 저하되는 경향이 있고, 너무 높으면 필름에 주름이 생기는 경향이 있다.

또한, 도 7에 나타낸 바와 같이, 복수의 노즐을 사용하는 경우, 이와 같은 분사의 유속과 분사 각도는 모든 노즐이 같거나 노즐마다 차이가 날 수도 있다. 노즐마다 다른 방법으로서는, 예를 들면, 필름의 이송 방향(MD방향)의 상류측에서부터 하류측을 향하여, 분사 유속을 서서히 낮게 설정하거나 분사 각도 θ1을 서서히 저 각도로 하는 등의 방법을 들 수 있다.

이와 같은 방법으로, 폴리비닐 알코올계 필름은 접힘이나 주름이 없는 상태에서 다음의 3) 염색 공정이나 4) 연신 공정에 이송된다.

본 발명의 편광막은, 1) 원반 권출 공정 후, 2) 물 팽윤 공정, 3) 염색 공정, 4) 연신 공정, 5) 붕산 가교 공정, 필요에 따라서, 세정 공정이나 건조 공정 등의 공정을 거쳐 제조된다. 이와 같은 제조 공정은 2)∼5)의 순서로 반드시 할 필요는 없고, 복수의 공정을 적절히 조합할 수도 있다. 예를 들면, 2) 물 팽윤 공정과 동시에 4) 연신 공정을 실시할 수도 있고, 2) 물 팽윤 공정 후, 3) 염색공정과 동시에 4) 연신 공정을 실시할 수도 있고, 2) 물 팽윤 공정과 3) 염색공정 후, 5) 붕산 가교 공정과 동시에 4) 연신 공정을 실시할 수도 있고, 2) 물 팽윤 공정, 3) 염색공정, 5) 붕산 가교 공정의 어느 하나에 있어서도 4) 연신 공정을 실시할 수도 있다.

이하, 2) 물 팽윤 이후의 공정에 관해서 설명한다.

3) 염색 공정은 필름에 요오드 또는 이색성 염료를 함유하는 액체를 접촉시키는 것에 의해서 실시된다. 통상, 요오드-요오드화칼륨의 수용액이 사용되며, 요오드의 농도는 0.1∼2g/L, 요오드화칼륨의 농도는 1∼100g/L가 적당하다. 염색 시간은 30∼500초 정도가 실용적이다. 처리 욕의 온도는 5∼50℃이 바람직하다. 수용액에는 수용매 이외에 물과 상용성이 있는 유기 용매를 소량 함유시킬 수도 있다. 접촉 수단으로서는 침지, 도포, 분무 등의 임의의 수단을 적용할 수 있다.

4) 연신 공정은 1축 방향으로 바람직하게는 3∼10배 연신하는 공정이며, 3.5∼6배 연신하는 것이 특히 바람직하다. 이때, 연신 방향에 대해서 직각을 이루는 방향에도 약간의 연신(폭방향의 수축을 방지하는 정도, 또는 그 이상의 연신)을 실시해도 지장 없다. 연신 시의 온도는 30∼170℃의 온도 범위로부터 선택하는 것이 바람직하다. 또한, 연신 배율은 최종적으로 상기 범위로 설정되면 좋고, 연신 조작은 1단계 뿐만 아니라, 제조 공정의 임의의 범위의 단계에 실시하면 좋다.

5) 붕산 가교 공정은 붕산이나 붕사 등의 붕소 화합물을 사용하여 실시된다. 붕소 화합물은 수용액 또는 물-유기 용매 혼합액의 형태로 농도 10∼100g/L정도로 사용되며, 액 중에는 소량의 요오드화칼륨을 공존시키는 것이 편광 성능의 안정화의 관점에서 바람직하다. 처리 시의 온도는 30∼70℃ 정도, 처리 시간은 0.1∼20분 정도가 바람직하다.

그 후, 상기 필름에 세정 처리를 실시할 수도 있다. 세정 처리에 의해, 필름의 표면에 발생하는 석출물을 제거할 수 있다. 세정 처리는, 예를 들면, 물이나 요오드화칼륨 등의 요오드화물 수용액에 폴리비닐 알코올계 필름을 침지함으로써 실시한다. 요오드화칼륨 수용액을 사용하는 경우의 요오드화칼륨 농도는 1∼80g/L정도면 좋다. 세정 처리 시의 온도는, 통상, 5∼50℃, 바람직하게는 10∼45℃이다. 처리 시간은 통상, 1∼300초간, 바람직하게는 10∼240초간이다. 또한, 물 세정과 요오드화칼륨 수용액에 의한 세정은 적절히 조합할 수도 있다. 또, 그 후, 상기 필름에 건조 공정을 실시할 수도 있다.

건조 공정은 대기 중에서 40∼80℃에서 1∼10분간 실시하면 좋다.

이와 같이 하여 얻어진 편광막의 편광도는 바람직하게는 99.8% 이상, 보다 바람직하게는 99.9% 이상이다. 편광도가 너무 낮으면 액정 디스플레이에 있어서의 콘트라스트를 확보할 수 없게 되는 경향이 있다.

또한, 편광도는 일반적으로 2매의 편광막을, 그 배향 방향이 동일 방향이 되도록 겹친 상태에서, 파장 λ에 대해 측정한 광선 투과율(H₁₁)과, 2매의 편광막을 배향 방향이 서로 직교하는 방향이 되도록 겹친 상태에서, 파장 λ에 대해 측정한 광선 투과율(H₁)에 의해 하기 식에 따라 산출된다.

〔(H₁₁－H₁)/(H₁₁＋H₁)〕^{1 /2}

또한, 본 발명의 편광막의 단체(單體) 투과율은 바람직하게는 42% 이상이다. 이와 같은 단체 투과율이 너무 낮으면 액정 디스플레이의 고휘도화를 달성할 수 없게 되는 경향이 있다.

단체 투과율은 분광 광도계를 사용하여 편광막 단체의 광선 투과율을 측정해 얻어지는 값이다.

본 발명의 편광막의 폭은 1m 이상인 것이 바람직하고, 대면적화의 관점에서는 1.3m 이상인 것이 바람직하고, 또한 대면적화의 관점에서 특히 바람직하게는 1.5m 이상, 파단 회피의 관점에서 더욱 바람직하게는 1.5∼2.5m이다.

또, 본 발명의 편광막의 두께는 15㎛ 이하인 것이 바람직하고, 더욱 박형화의 관점에서 특히 바람직하게는 10㎛ 이하이며, 파단 회피의 관점에서 더욱 바람직하게는 2∼9㎛, 특히 바람직하게는 3∼8㎛이다.

이렇게 하여 얻어지는 본 발명의 편광막은 편광 얼룩이 적기 때문에, 고성능인 편광판을 제조하는데 매우 적합하다.

이하, 본 발명의 편광막으로 편광판을 제조하는 방법에 대해 설명한다.

본 발명의 편광막은 그 편면 또는 양면에 접착제를 통해 광학적으로 등방성인 수지 필름을 보호 필름으로서 붙여서 편광판이 된다. 보호 필름으로서는, 예를 들면, 셀룰로오스트리아세테이트, 셀룰로오스디아세테이트, 폴리카보네이트, 폴리 메틸메타크릴레이트, 시클로올레핀폴리머, 시클로올레핀코폴리머, 폴리스티렌, 폴리에테르설폰, 폴리아릴렌에스테르, 폴리-4－메틸펜텐, 폴리페닐렌옥사이드 등의 필름 또는 시트를 들 수 있다.

첩합 방법은 공지의 방법으로 실시되며, 예를 들면, 액상의 접착제 조성물을 편광막, 보호 필름, 또는 그 양쪽 모두에 균일하게 도포한 후, 양자를 맞붙여 압착하여 가열이나 활성 에너지선을 조사하는 것으로 실시된다.

또, 편광막에는 박막화를 목적으로 하여, 상기 보호 필름 대신에 그 편면 또는 양면에 우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 우레아 수지 등의 경화성 수지를 도포하고 경화하여 편광판으로 할 수도 있다.

본 발명에 의해 얻어지는 편광막이나 편광판은 편광 성능이 뛰어나 휴대 정보 단말기, PC, 텔레비전, 프로젝터, 사이니지, 전자 탁상 계산기, 전자시계, 워드프로세서, 전자 페이퍼, 게임기, 비디오, 카메라, 포토 앨범, 온도계, 오디오, 자동차나 기계류의 계기류 등의 액정표시장치, 선글라스, 방현 안경, 입체 안경, 웨어러블디스플레이, 표시 소자(CRT, LCD, 유기 EL, 전자 페이퍼 등)용 반사 방지층, 광통신 기기, 의료기기, 건축재료, 완구 등에 바람직하게 사용된다.

(실시예)

이하, 실시예를 들어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 그 요지를 넘지 않는 한 이하의 실시예로 한정되는 것은 아니다.

＜측정 조건＞

실시예 및 비교예에서 얻어진 편광막에 대해 하기와 같이 편광도(%)를 측정했다. 얻어진 편광막의 폭 방향의 중앙부와 양단부(각각 단에서 10cm의 개소)의 편광도를 오오츠카덴시(주) 제조：RETS－1100 A를 사용하여 측정했다.

＜실시예 1＞

(폴리비닐 알코올계 필름의 제조)

중량 평균 분자량 142000, 비누화도 99.8몰%의 폴리비닐 알코올계 수지 1000 kg, 물 2500kg, 가소제로서 글리세린 100kg을 넣어 교반하면서 140℃까지 승온하고, 수지 농도 25중량%로 농도 조정을 실시하고, 균일하게 용해한 폴리비닐 알코올계 수지 수용액을 얻었다.

이어서, 상기 폴리비닐 알코올계 수지 수용액을 벤트를 갖는 2축 압출기에 공급하여 탈포한 후, 수용액 온도를 95℃로 하고, T형 슬릿 다이 토출구로부터 표면 온도 90℃의 캐스트 드럼에 토출 속도 0.6m/분으로 캐스팅하여 제막했다.

이어서, 얻어진 필름을 복수의 열 롤로 건조하고 플로팅 드라이어를 사용하여 120℃에서 3분간의 열처리를 실시하고, 4m 폭으로 슬릿하여 잘라 떨어뜨렸다. 마지막으로, 외경 17cm, 내경 16cm, 길이 4.4m의 알루미늄제 심관에 권취함으로써 함수율이 2중량%의 띠 형태의 폴리비닐 알코올계 필름(폭 4m, 길이 5km, 두께 15㎛)이 심관에 감겨진 필름 롤을 얻었다.

(편광막의 제조)

얻어진 폴리비닐 알코올계 필름을 롤로부터 권출하여 수평 방향으로 이송하면서〔1) 원반 권출 공정〕, 물 팽윤조의 온수에 침지하여 팽윤시키면서, 이송 방향으로 연신했다(25℃에서 1분간, 연신 배율 1.7배)〔2) 물팽윤 공정〕.

물 팽윤조로부터 필름을 끌어올려서 수평으로 배치된 2개의 롤 사이에(롤 간 거리 1m, 롤 간 장력 20N/m), 이송 속도 2m/분으로 수평 방향으로 반송되는 필름의 양단부에 노즐로 위쪽에서부터 물(23℃)을 분사하여 컬을 방지했다. 이와 같은 물의 분사 조건은 이하와 같다.

노즐：미스미사 제조 어저스트 호스

노즐 위치：물 팽윤조 출구에서부터 1m

노즐 위치(높이)：필름 상면에서 5mm

분사 유속：0.1m/초

분사 각도θ1：30 °

분사 각도θ2：45°

얻어진 필름을 요오드 0.9g/L, 요오드화칼륨 30g/L으로 이루어진 수용액 중에 침지하여 염색하면서, 이송 방향으로 연신했다(28℃에서 0.5분간, 연신 배율 1.6배)〔3) 염색 공정〕.

이어서 붕산 25g/L, 요오드화칼륨 30g/L의 조성의 수용액에 침지하여, 붕산 가교하면서, 이송 방향으로 1축 연신했다(55℃ 1분, 연신 배율 2.0배)〔5) 붕산 가교 공정〕.

그 후, 요오드화칼륨 수용액으로 세정을 실시하여 건조하고 총 연신 배율 5.4배의 편광막을 얻었다(폭 1.8 m, 두께 7㎛). 얻어진 편광막에 접힘 또는 주름은 없고, 길이 12km에 걸쳐서 파단은 생기지 않았다. 얻어진 편광막의 편광 특성을 표 1에 나타낸다.

(편광판의 제조)

얻어진 편광막의 양면에 두께 40㎛의 트리아세틸셀룰로오스필름(TAC 필름)을 폴리비닐 알코올계 수용액을 접착제로서 사용하여 첩합하고, 50℃에서 건조하여 편광판으로 했다. 얻어진 편광판에 편광 얼룩은 관찰되지 않았다.

＜실시예 2∼4＞

실시예 1에서 분사 조건을 표 1에 나타나는 조건으로 하는 것 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 편광막을 얻었다. 얻어진 편광막에 접힘이나 주름은 없고, 길이 12km에 걸쳐서 파단은 생기지 않았다. 얻어진 편광막에 대해서, 실시예 1과 같은 평가를 실시했다. 평가 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 실시예 1과 동일하게 하여 편광판을 얻었다. 얻어진 편광판에 편광 얼룩은 관찰되지 않았다.

＜실시예 5＞

실시예 1에서 물을 미스트 상태로 하는 것 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 편광막을 얻었다. 이와 같은 미스트의 분사 조건은 이하와 같다.

노즐： 스프레잉 시스템즈사 제조 히트 제트 노즐

노즐 위치： 물 팽윤조 출구에서 1m

노즐 위치(높이)：필름 상면에서 5mm

분사 유속：0.1m/초 분사

각도θ1：30°

분사 각도θ2：45°

미스트 입경：20㎛

미스트 유량：0.2L/분

얻어진 편광막에 대해서 실시예 1과 동일한 평가를 실시했다. 평가 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 실시예 1과 동일하게 하여 편광판을 얻었다. 얻어진 편광판에 편광 얼룩은 관찰되지 않았다.

＜실시예 6∼8＞

실시예 5에서 분사 조건을 표 1에 나타나는 조건으로 하는 것 이외는 실시예 5와 동일하게 하여 편광막을 얻었다. 얻어진 편광막에 접힘이나 주름은 없고, 길이 12km에 걸쳐서 파단은 생기지 않았다. 얻어진 편광막에 대해서, 실시예 1과 동일한 평가를 실시했다. 평가 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 실시예 1과 동일하게 하여 편광판을 얻었다. 얻어진 편광판에 편광 얼룩은 관찰되지 않았다.

＜비교예 1＞

실시예 1에서 분사를 실시하지 않는 것 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 편광막의 제조를 개시했다. 그러나, 2) 물팽윤 공정 이후, 필름의 양단부에 접힘이나 주름이 관찰되고, 길이 1km의 편광막을 제조한 바, 염색조에서 파단이 생겼다. 얻어진 부분의 편광 특성을 표 1에 나타낸다. 또한, 파단이 생겼기 때문에 편광판의 제조는 할 수 없었다.

표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 편광막의 제조 방법으로 하면 접힘이나 주름 없이 길이가 긴 편광막을 얻을 수 있다. 또, 편광막의 중앙부뿐만 아니라, 폭방향 양단부에 있어서도 편광도가 높기 때문에, 편광막의 중앙부에서부터 단부까지 균일한 편광도를 갖는 편광막을 얻을 수 있다. 또한, 폭이 넓고 긴 박형의 편광판의 제조를 용이하게 할 수 있어 액정 표시 화상의 얼룩이나 탈색을 저감할 수 있다.

본 발명의 편광막은 휴대 정보 단말기, PC, 텔레비전, 프로젝터, 사이니지, 전자 탁상 계산기, 전자시계, 워드프로세서, 전자 페이퍼, 게임기, 비디오, 카메라, 포토 앨범, 온도계, 오디오, 자동차나 기계류의 계기류 등의 액정표시장치, 선글라스, 방현 안경, 입체 안경, 웨어러블디스플레이, 표시 소자(CRT, LCD, 유기 EL, 전자 페이퍼 등)용 반사 방지층, 광통신 기기, 의료기기, 건축재료, 완구 등에 사용된다.

PVA 필름：폴리비닐 알코올계 필름
θ1(°)：분사 방향과 필름의 면이 이루는 각도
θ2(°)：분사 방향을 폴리비닐 알코올계 필름의 면에 수직 투영했을 때의 방향과 폴리비닐 알코올계 필름의 이송 방향이 이루는 각도
거리 A：물 팽윤조의 액면과 롤(a)과의 거리
거리 B：롤(a)와 롤(b) 사이의 거리

Claims (15)

1) 폴리비닐 알코올계 필름을 롤에서부터 권출하여 수평 방향으로 이송하는 공정, 2) 물 팽윤 공정, 3) 염색 공정, 4) 연신 공정, 및 5) 붕산 가교 공정을 가지는 편광막의 제조 방법이며,
상기 2)∼4) 중 어느 하나의 공정 전, 후, 또는 전후에서, 상기 필름의 폭 방향 양단부에 액체를 분사하여 상기 필름의 컬을 방지하고,
상기 액체의 분사 방향과 상기 필름의 면이 이루는 각도가 5∼80°이며,
상기 액체의 분사 방향을 상기 필름의 면에 수직 투영했을 때의 방향과, 상기 필름의 이송 방향이 이루는 각도가 5∼175°인 것을 특징으로 하는 편광막의 제조 방법.

청구항 1에 있어서,
상기 액체의 분사가 2) 물 팽윤 공정 후에 실시되는 것을 특징으로 하는 편광막의 제조 방법.

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청구항 1에 있어서,
상기 액체의 분사가 유속 0.01∼5m/초로 실시되는 것을 특징으로 하는 편광막의 제조 방법.

청구항 1에 있어서,
상기 액체가 물 또는 염색액인 것을 특징으로 하는 편광막의 제조 방법.

청구항 1에 있어서,
상기 액체가 미스트 상태의 액체인 것을 특징으로 하는 편광막의 제조 방법.

청구항 7에 있어서,
상기 미스트 상태의 액체가 압축한 액체를 노즐로부터 분무하는 것으로 형성되는 것을 특징으로 하는 편광막의 제조 방법.

청구항 7에 있어서,
상기 미스트 상태의 액체에 있어서의 미스트의 입경이 1∼500㎛인 것을 특징으로 하는 편광막의 제조 방법.

청구항 7에 있어서,
상기 미스트 상태의 액체의 유량이 0.01∼1 L/분인 것을 특징으로 하는 편광막의 제조 방법.

청구항 1에 있어서,
상기 2) 물 팽윤 공정에서부터 상기 3) 염색 공정에 이르는 상기 필름의 이송 속도가 1m/분 이상인 것을 특징으로 편광막의 제조 방법.

청구항 1에 있어서,
편광막의 두께가 15㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 편광막의 제조 방법.

청구항 1에 있어서,
편광막의 폭이 1m 이상인 것을 특징으로 하는 편광막의 제조 방법.

청구항 1에 기재된 편광막의 제조 방법에 의해 제조되는 편광막.

청구항 14에 기재된 편광막의 적어도 한 면에 보호 필름이 설치되는 것을 특징으로 하는 편광판.

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