KR102582196B1

KR102582196B1 - 편광 필름, 편광판, 및 그들의 제조 방법

Info

Publication number: KR102582196B1
Application number: KR1020197028378A
Authority: KR
Inventors: 다츠야 오조노; 요시히사 츠지
Original assignee: 주식회사 쿠라레
Priority date: 2017-03-08
Filing date: 2018-03-07
Publication date: 2023-09-22
Also published as: JPWO2018164196A1; KR20190119127A; CN110383124B; WO2018164196A1; CN110383124A; TW201834839A; TWI757444B; JP7199343B2

Abstract

요오드계 2 색성 색소를 포함하고, 또한 붕소 화합물로 가교된 PVA 필름으로 이루어지는 편광 필름으로서, 편광도가 99.5 ％ 이상이고, 단체 b 값이 3.0 이하이고, 또한 하기 식 (1) 및 식 (2) 를 만족하는 편광 필름으로 한다. 이와 같은 편광 필름은, 우수한 편광 성능 및 색상을 갖고, 또한 수축률이 작아 치수 안정성도 우수하다.
A ≤ 0.9 (1)
B/A ≥ 55 (2)
단, A 는, 80 ℃ 에서 4 시간 가열된 상기 편광 필름의 수축률 (％) 이고, B 는, 80 ℃ 에서 4 시간 가열된 상기 편광 필름의 수축 응력 (N/㎟) 이다.

Description

편광 필름, 편광판, 및 그들의 제조 방법

본 발명은, 요오드계 2 색성 색소를 포함하는 폴리비닐알코올 필름으로 이루어지는 수축률이 낮은 편광 필름, 편광판, 및 그들의 제조 방법에 관한 것이다.

광의 투과 및 차폐 기능을 갖는 편광판에 사용되는 편광 필름은, 액정 디스플레이 (LCD) 의 기본적인 구성 요소이다. 대부분의 편광판은 편광 필름의 표면에 삼아세트산셀룰로오스 (TAC) 필름 등의 보호 필름이 첩합된 구조를 가지고 있고, 편광판을 구성하는 편광 필름으로는, 폴리비닐알코올 필름 (이하, 「폴리비닐알코올」 을 「PVA」 라고 칭하는 경우가 있다) 을 1 축 연신하여 배향시킨 연신 필름에 요오드계 색소 (I₃ ^- 나 I₅ ^- 등) 등의 2 색성 색소가 흡착되어 있는 것이 주류가 되어 있다. 이와 같은 편광 필름은, PVA 필름에 대하여, 팽윤 공정, 염색 공정, 가교 공정, 연신 공정, 고정화 공정 및 건조 공정을 실시하는 방법 등에 의해 제조된다.

최근, LCD 는, 노트북 PC 나 휴대 전화 등의 모바일 용도에 있어서 다용되고 있다. 이와 같은 모바일 기기용의 LCD 는 다양한 환경하에서 사용된다. 그 때문에, 고온하에 있어서의 수축률이 낮아 치수 안정성이 우수한 편광 필름이 요구되고 있다.

특허문헌 1 ∼ 5 에는, 요오드계 색소로 염색된 PVA 필름을 연신시킨 후에, 50 ∼ 70 ℃ 에서 2 ∼ 4 분간 건조시켜 얻어진 편광 필름이 기재되어 있다. 그러나, 이렇게 하여 얻어진 편광 필름은 수축률이 높았다. 이와 같은 편광 필름을 유리판과 접합하여 LCD 에 사용한 경우, 당해 LCD 를 고온하에서 사용하거나, 보관한 경우에, 당해 편광 필름이 수축하여 유리판에 휨이 발생하여 문제가 되고 있었다.

일본 공개특허공보 2006-65309호 일본 공개특허공보 2014-197050호 일본 공개특허공보 2006-267153호 일본 공개특허공보 2013-140324호 일본 공개특허공보 2012-3173호

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 우수한 편광 성능 및 색상을 갖고, 또한 수축률이 낮아 치수 안정성이 우수한 편광 필름 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다. 또한, 이와 같은 편광 필름을 사용한 편광판 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

상기 과제는, 요오드계 2 색성 색소를 포함하고, 또한 붕소 화합물로 가교된 PVA 필름으로 이루어지는 편광 필름으로서, 편광도가 99.5 ％ 이상이고, 단체 (單體) b 값이 3.0 이하이고, 또한 하기 식 (1) 및 식 (2) 를 만족하는 편광 필름을 제공함으로써 해결된다.

A ≤ 0.9 (1)

B/A ≥ 55 (2)

단, A 는, 80 ℃ 에서 4 시간 가열된 상기 편광 필름의 수축률 (％) 이고, B 는, 80 ℃ 에서 4 시간 가열된 상기 편광 필름의 수축 응력 (N/㎟) 이다.

이 때, 상기 단체 b 값이 1.0 이상인 것이 바람직하다. A 가 0.5 이상인 것도 바람직하다. 상기 PVA 의 중합도가 1,500 ∼ 6,000 인 것도 바람직하다. 상기 편광 필름의 두께가 1 ∼ 30 ㎛ 인 것도 바람직하다.

상기 과제는, PVA 필름을 요오드계 2 색성 색소로 염색하는 공정, 붕소 화합물을 사용하여 가교시키는 공정 및 연신하는 공정을 실시한 후, 연신 방향이 고정된 그 PVA 필름을 55 ∼ 65 ℃ 에서 72 시간 이상 가열하는 어닐 처리 공정을 실시하는 상기 편광 필름의 제조 방법을 제공하는 것에 의해서도 해결된다.

상기 편광 필름과 보호 필름이 적층되어 이루어지는 편광판이 본 발명의 바람직한 실시양태이다. PVA 필름을 요오드계 2 색성 색소로 염색하는 공정, 붕소 화합물을 사용하여 가교시키는 공정 및 연신하는 공정을 실시한 후, 그 PVA 필름과 보호 필름을 적층시켜 다층 필름을 얻고, 연신 방향이 고정된 그 다층 필름을 55 ∼ 65 ℃ 에서 72 시간 이상 가열하는 어닐 처리 공정을 실시하는 상기 편광판의 제조 방법도 또한 본 발명의 바람직한 실시양태이다.

본 발명의 편광 필름은, 우수한 편광 성능 및 색상을 갖고, 또한 수축률이 작아 치수 안정성도 우수하다. 따라서, 상기 편광 필름을 사용한 편광판은 고성능 LCD, 특히 고온하에서 사용되는 LCD 에 바람직하게 사용된다. 또한, 본 발명의 제조 방법에 의하면, 그러한 편광 필름 및 편광판을 간편하게 제조할 수 있다.

도 1 은 실시예 1 ∼ 2, 비교예 1 ∼ 3, 5 ∼ 12 및 14 ∼ 16 그리고 참고예 1 에 있어서의 편광 필름의 수축률과 단체 b 값을 플롯한 도면이다.
도 2 는 실시예 1 ∼ 2, 비교예 1 ∼ 3, 5 ∼ 12 및 14 ∼ 16 그리고 참고예 1 에 있어서의 편광 필름의 수축 응력과 수축률을 플롯한 도면이다.

본 발명의 편광 필름은, 요오드계 2 색성 색소를 포함하고, 또한 붕소 화합물로 가교된 PVA 필름으로 이루어지는 편광 필름으로서, 편광도가 99.5 ％ 이상이고, 단체 b 값이 3.0 이하이고, 또한 하기 식 (1) 및 식 (2) 를 만족하는 것이다.

A ≤ 0.9 (1)

B/A ≥ 55 (2)

통상적으로, 요오드계 2 색성 색소를 포함하는 PVA 필름으로 이루어지는 편광 필름의 편광 성능을 향상시키고자 하면, 고온하에 있어서의 편광 필름의 수축률 및 수축 응력이 높아진다. 이와 같은 편광 필름을 LCD 에 사용한 경우, 당해 편광 필름과 접합한 유리판이 휘게 되어 문제가 되고 있었다. 특히, 모바일 용도에 사용되는 LCD 는, 고온하에서 사용되거나, 보관되는 경우가 많고 또한, 사용되는 유리판도 얇기 때문에, 편광 필름의 수축이 큰 문제가 되고 있었다.

이와 같은 문제를 개선하기 위하여, 편광 필름을 고온에서 열 처리하면, 수축률이나 수축 응력은 저하하지만, 편광 성능이 저하하고 또한 색상도 악화되었다. 이와 같이, 우수한 편광 성능 및 색상을 유지하면서, 수축률이나 수축 응력을 저하시켜 편광 필름의 치수 안정성을 높이는 것이 어려웠다. 본 발명의 편광 필름은 이와 같은 점을 해결한 것으로, 우수한 편광 성능과 색상을 가지면서도, 수축률이 낮은 것을 특징으로 한다.

이와 같은 편광 필름의 제조 방법은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 본 발명자는, 새로운 제조 방법을 채용하는 것에 의해, 처음으로 이와 같은 성능을 갖는 편광 필름을 제조하는 것에 성공하였다. 구체적으로는, PVA 필름을 요오드계 2 색성 색소로 염색하는 공정, 붕소 화합물을 사용하여 가교시키는 공정 및 연신하는 공정을 실시한 후, 연신 방향이 고정된 그 PVA 필름을 55 ∼ 65 ℃ 에서 72 시간 이상 가열하는 어닐 처리 공정을 실시하는 것에 의해, 우수한 편광 성능 및 색상을 갖고, 또한 수축률이 작아 치수 안정성도 우수한 편광 필름을 제조할 수 있다. 당해 제조는, 본 발명의 편광 필름을 비롯한 다양한 편광 필름의 제조에 바람직하게 사용된다. 이하, 당해 제조 방법에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 편광 필름의 제조에 사용되는 원반 (原反) 의 PVA 필름에 포함되는 PVA 는, 비닐에스테르의 1 종 또는 2 종 이상을 중합하여 얻어지는 폴리비닐에스테르를 비누화함으로써 얻어지는 것을 사용할 수 있다. 당해 비닐에스테르로는, 아세트산비닐, 포름산비닐, 프로피온산비닐, 부티르산비닐, 피발산비닐, 버사틱산비닐, 라우르산비닐, 스테아르산비닐, 벤조산비닐, 아세트산이소프로페닐 등이 예시되고, 이들 중에서도, PVA 의 제조의 용이성, 입수 용이성, 비용 등의 점에서, 아세트산비닐이 바람직하다.

폴리비닐에스테르는, 단량체로서, 1 종 또는 2 종 이상의 비닐에스테르만을 사용하여 얻어진 것이어도 되지만, 본 발명의 효과를 해치지 않는 범위 내이면, 1 종 또는 2 종 이상의 비닐에스테르와, 이것과 공중합 가능한 다른 단량체의 공중합체여도 된다.

비닐에스테르와 공중합 가능한 다른 단량체로는, 예를 들어, 에틸렌, 프로필렌, 1-부텐, 이소부텐 등의 탄소수 2 ∼ 30 의 α-올레핀 ; (메트)아크릴산 또는 그 염 ; (메트)아크릴산메틸, (메트)아크릴산에틸, (메트)아크릴산 n-프로필, (메트)아크릴산 i-프로필, (메트)아크릴산 n-부틸, (메트)아크릴산 i-부틸, (메트)아크릴산 t-부틸, (메트)아크릴산 2-에틸헥실, (메트)아크릴산도데실, (메트)아크릴산옥타데실 등의 (메트)아크릴산에스테르 ; (메트)아크릴아미드, N-메틸(메트)아크릴아미드, N-에틸(메트)아크릴아미드, N,N-디메틸(메트)아크릴아미드, 디아세톤(메트)아크릴아미드, (메트)아크릴아미드프로판술폰산 또는 그 염, (메트)아크릴아미드프로필디메틸아민 또는 그 염, N-메틸올(메트)아크릴아미드 또는 그 유도체 등의 (메트)아크릴아미드 유도체 ; N-비닐포름아미드, N-비닐아세트아미드, N-비닐피롤리돈 등의 N-비닐아미드 ; 메틸비닐에테르, 에틸비닐에테르, n-프로필비닐에테르, i-프로필비닐에테르, n-부틸비닐에테르, i-부틸비닐에테르, t-부틸비닐에테르, 도데실비닐에테르, 스테아릴비닐에테르 등의 비닐에테르 ; (메트)아크릴로니트릴 등의 시안화비닐 ; 염화비닐, 염화비닐리덴, 불화비닐, 불화비닐리덴 등의 할로겐화비닐 ; 아세트산알릴, 염화알릴 등의 알릴 화합물 ; 말레산 또는 그 염, 에스테르 혹은 산 무수물 ; 이타콘산 또는 그 염, 에스테르 혹은 산 무수물 ; 비닐트리메톡시실란 등의 비닐실릴 화합물 ; 불포화 술폰산 등을 들 수 있다. 상기의 폴리비닐에스테르는, 상기한 다른 단량체의 1 종 또는 2 종 이상에서 유래하는 구조 단위를 가질 수 있다.

폴리비닐에스테르에서 차지하는, 다른 단량체에서 유래하는 구조 단위의 비율은, 폴리비닐에스테르를 구성하는 전체 구조 단위의 몰수에 기초하여, 15 몰％ 이하인 것이 바람직하고, 10 몰％ 이하인 것이 보다 바람직하고, 5 몰％ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

특히, 당해 다른 단량체가, (메트)아크릴산, 불포화 술폰산 등과 같이, 얻어지는 PVA 의 수용성을 촉진시킬 가능성이 있는 단량체인 경우에는, 편광 필름의 제조 과정에 있어서 PVA 가 용해되는 것을 방지하기 위해서, 폴리비닐에스테르에 있어서의 이들 단량체에서 유래하는 구조 단위의 비율은, 폴리비닐에스테르를 구성하는 전체 구조 단위의 몰수에 기초하여, 5 몰％ 이하인 것이 바람직하고, 3 몰％ 이하인 것이 보다 바람직하다.

본 발명에서 사용되는 PVA 는, 본 발명의 효과를 해치지 않는 범위 내이면, 1 종 또는 2 종 이상의 그래프트 공중합 가능한 단량체에 의해 변성된 것이어도 된다. 당해 그래프트 공중합 가능한 단량체로는, 예를 들어, 불포화 카르복실산 또는 그 유도체 ; 불포화 술폰산 또는 그 유도체 ; 탄소수 2 ∼ 30 의 α-올레핀 등을 들 수 있다. PVA 에 있어서의 그래프트 공중합 가능한 단량체에서 유래하는 구조 단위 (그래프트 변성 부분에 있어서의 구조 단위) 의 비율은, PVA 를 구성하는 전체 구조 단위의 몰수에 기초하여, 5 몰％ 이하인 것이 바람직하다.

상기 PVA 는, 그 수산기의 일부가 가교되어 있어도 되고 가교되어 있지 않아도 된다. 또한 상기의 PVA 는, 그 수산기의 일부가 아세트알데히드, 부틸알데히드 등의 알데히드 화합물 등과 반응하여 아세탈 구조를 형성하고 있어도 된다.

상기 PVA 의 중합도는, 1500 ∼ 6000 의 범위 내인 것이 바람직하고, 1800 ∼ 5000 의 범위 내인 것이 보다 바람직하고, 2000 ∼ 4000 의 범위 내인 것이 더욱 바람직하다. 당해 중합도가 1500 이상임으로써, 얻어지는 편광 필름의 내구성을 보다 향상시킬 수 있다. 한편, 당해 중합도가 6000 이하임으로써, 제조 비용의 상승이나 제막시에 있어서의 공정 통과성의 불량 등을 억제할 수 있다. 본 명세서에 있어서의 PVA 의 중합도는, JIS K6726-1994 의 기재에 준하여 측정되는 평균 중합도를 의미한다. 또한, 편광 필름 중의 PVA 는, 붕산 등의 붕소 화합물에 의한 가교 구조를 포함하고 있지만, 붕산에스테르를 가수 분해시키는 것 등에 의해 해리시키면, PVA 의 평균 중합도 자체에 실질적인 변화는 없다.

PVA 의 비누화도는, 편광 필름의 편광 성능 등의 관점에서, 98 몰％ 이상인 것이 바람직하고, 98.5 몰％ 이상인 것이 보다 바람직하고, 99 몰％ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 비누화도가 98 몰％ 미만이면, 편광 필름의 제조 과정에서 PVA 가 용출되기 쉬워지고, 용출된 PVA 가 필름에 부착하여 편광 필름의 편광 성능을 저하시키는 경우가 있다. 또한, 본 명세서에 있어서의 PVA 의 비누화도란, PVA 가 갖는, 비누화에 의해 비닐알코올 단위로 변환될 수 있는 구조 단위 (전형적으로는 비닐에스테르 단위) 와 비닐알코올 단위의 합계 몰수에 대하여 당해 비닐알코올 단위의 몰수가 차지하는 비율 (몰％) 을 말한다. 비누화도는 JIS K6726-1994 의 기재에 준하여 측정할 수 있다. 또한, 원반 필름 중의 PVA 와 얻어진 편광 필름 중의 PVA 는, 비누화도가 실질적으로 동일하다.

제막 원액을 사용하여 PVA 필름을 제막한다. 제막 방법으로는, 예를 들어, 캐스트 제막법, 압출 제막법, 습식 제막법, 겔 제막법 등을 들 수 있다. 이들 제막 방법은 1 종만을 채용해도 되고 2 종 이상을 조합하여 채용해도 된다. 이들 제막 방법 중에서도 캐스트 제막법, 압출 제막법이, 두께 및 폭이 균일하고 물성이 양호한 PVA 필름이 얻어지는 것으로부터 바람직하다. 제막된 PVA 필름에는 필요에 따라 건조나 열 처리를 실시할 수 있다.

제막 원액은, 예를 들어, 상기 PVA 및 필요에 따라 추가로 계면 활성제, 가소제 및 첨가제 등 중의 1 종 또는 2 종 이상과 액체 매체를 혼합함으로써 얻을 수 있다. 제막 원액에 있어서 PVA 는 액체 매체 중에 용해된 상태여도 되고, 용융 상태여도 된다. 상기 혼합은 가열하에 실시하는 것이 바람직하다.

제막 원액의 조제에 사용되는 상기 액체 매체로는, 예를 들어, 물, 디메틸술폭시드, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, N-메틸피롤리돈, 에틸렌글리콜, 글리세린, 프로필렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 테트라에틸렌글리콜, 트리메틸올프로판, 에틸렌디아민, 디에틸렌트리아민 등을 들 수 있고, 이들 중의 1 종 또는 2 종 이상을 사용할 수 있다. 그 중에서도, 환경에 부여하는 부하나 회수성의 점에서 물이 바람직하다.

제막 원액의 휘발 분율 (제막시에 휘발이나 증발에 의해 제거되는 액체 매체 등의 휘발성 성분의 제막 원액 중에 있어서의 함유 비율) 은, 제막 방법, 제막 조건 등에 따라서도 상이하지만, 일반적으로는, 50 ∼ 95 질량％ 의 범위 내인 것이 바람직하고, 55 ∼ 90 질량％ 의 범위 내인 것이 보다 바람직하고, 60 ∼ 85 질량％ 의 범위 내인 것이 더욱 바람직하다. 제막 원액의 휘발 분율이 50 질량％ 이상임으로써, 제막 원액의 점도가 지나치게 높아지지 않고, 제막 원액 조제시의 여과나 탈포가 원활하게 실시되어, 이물질이나 결점이 적은 PVA 필름의 제조가 용이해진다. 한편, 제막 원액의 휘발 분율이 95 질량％ 이하임으로써, 제막 원액의 농도가 지나치게 낮아지지 않아, 공업적인 PVA 필름의 제조가 용이해진다.

제막 원액은 계면 활성제를 포함하는 것이 바람직하다. 계면 활성제를 포함함으로써, 제막성이 향상되어 필름의 두께 불균일의 발생이 억제됨과 함께, 제막에 사용하는 금속 롤이나 벨트로부터의 필름의 박리가 용이해진다. 계면 활성제를 포함하는 제막 원액으로부터 PVA 필름을 제조한 경우에는, 당해 PVA 필름 중에는 계면 활성제가 함유될 수 있다. 상기의 계면 활성제의 종류는 특별히 한정되지 않지만, 금속 롤이나 벨트로부터의 박리성의 관점 등에서, 아니온성 계면 활성제 또는 논이온성 계면 활성제가 바람직하다.

아니온성 계면 활성제로는, 예를 들어, 라우르산칼륨 등의 카르복실산형 ; 폴리옥시에틸렌라우릴에테르황산염, 옥틸설페이트 등의 황산에스테르형 ; 도데실벤젠술포네이트 등의 술폰산형 등이 바람직하다.

논이온성 계면 활성제로는, 예를 들어, 폴리옥시에틸렌올레일에테르 등의 알킬에테르형 ; 폴리옥시에틸렌옥틸페닐에테르 등의 알킬페닐에테르형 ; 폴리옥시에틸렌라우레이트 등의 알킬에스테르형 ; 폴리옥시에틸렌라우릴아미노에테르 등의 알킬아민형 ; 폴리옥시에틸렌라우르산아미드 등의 알킬아미드형 ; 폴리옥시에틸렌폴리옥시프로필렌에테르 등의 폴리프로필렌글리콜에테르형 ; 라우르산디에탄올아미드, 올레산디에탄올아미드 등의 알칸올아미드형 ; 폴리옥시알킬렌알릴페닐에테르 등의 알릴페닐에테르형 등이 바람직하다.

이들 계면 활성제는 1 종을 단독으로 또는 2 종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.

제막 원액이 계면 활성제를 포함하는 경우, 그 함유량은, 제막 원액에 포함되는 PVA 100 질량부에 대하여, 0.01 ∼ 0.5 질량부인 것이 바람직하고, 0.02 ∼ 0.3 질량부인 것이 보다 바람직하고, 0.05 ∼ 0.1 질량부인 것이 특히 바람직하다. 당해 함유량이 0.01 질량부 이상임으로써 제막성 및 박리성이 보다 향상된다. 한편, 당해 함유량이 0.5 질량부 이하임으로써, 계면 활성제가 PVA 필름의 표면에 블리드 아웃하여 블로킹이 발생하여 취급성이 저하하는 것을 억제할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 원반의 PVA 필름에 있어서의 PVA 의 함유량은, 편광 필름의 제조의 용이함 등의 관점에서, 50 ∼ 99 질량％ 인 것이 바람직하다. 당해 함유량은, 75 질량％ 이상인 것이 보다 바람직하고, 80 질량％ 이상인 것이 더욱 바람직하고, 85 질량％ 이상인 것이 특히 바람직하다. 한편, 당해 함유량은 98 질량％ 이하인 것이 보다 바람직하고, 96 질량％ 이하인 것이 더욱 바람직하고, 95 질량％ 이하인 것이 특히 바람직하다.

연신성 향상의 관점에서 상기 PVA 필름은 가소제를 포함하는 것이 바람직하다. 당해 가소제로는, 예를 들어, 에틸렌글리콜, 글리세린, 프로필렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 디글리세린, 트리에틸렌글리콜, 테트라에틸렌글리콜, 트리메틸올프로판 등의 다가 알코올 등을 들 수 있고, PVA 필름은 이들 가소제의 1 종 또는 2 종 이상을 포함할 수 있다. 이들 중에서도, 연신성의 향상 효과의 관점에서 글리세린이 바람직하다.

상기 PVA 필름에 있어서의 가소제의 함유량은, PVA 100 질량부에 대하여, 1 ∼ 20 질량부인 것이 바람직하다. 상기 함유량이 1 질량부 이상임으로써, PVA 필름의 연신성을 보다 향상시킬 수 있다. 한편, 상기 함유량이 20 질량부 이하임으로써, PVA 필름이 지나치게 유연해져 취급성이 저하하는 것을 방지할 수 있다. 상기 함유량은 2 질량부 이상인 것이 보다 바람직하고, 4 질량부 이상인 것이 더욱 바람직하고, 5 질량부 이상인 것이 특히 바람직하다. 또한, 상기 함유량은, 15 질량부 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 편광 필름의 제조 조건 등에 따라 다르기도 하지만, PVA 필름에 포함되는 가소제는 편광 필름을 제조할 때에 용출되는 경우가 있기 때문에, 그 전량이 편광 필름에 잔존한다고는 한정되지 않는다.

상기 PVA 필름은, 필요에 따라, 산화 방지제, 동결 방지제, pH 조정제, 은폐제, 착색 방지제, 유제, 계면 활성제 등의 성분을 추가로 포함하고 있어도 된다.

상기 PVA 필름의 두께는, 5 ∼ 100 ㎛ 인 것이 바람직하다. 상기 두께가 100 ㎛ 이하임으로써, 얇은 편광 필름이 용이하게 얻어진다. 상기 두께는, 60 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 한편, 상기 두께가 5 ㎛ 미만인 경우, 편광 필름의 제조가 곤란해질 우려가 있는 것 외에, 염색 불균일이 발생하기 쉬워질 우려가 있다. PVA 필름의 두께는, 7 ㎛ 이상인 것이 보다 바람직하다. 여기서 말하는 두께는, 다층 필름의 경우에는 PVA 층의 두께를 말한다.

상기 PVA 필름은, 단층 필름이어도 되고, PVA 층과 기재 수지층을 갖는 다층 필름을 사용해도 된다. 단층 필름의 경우에는, 핸들링성을 확보하기 위해서, 필름의 두께가 20 ㎛ 이상인 것이 바람직하고, 30 ㎛ 이상인 것이 보다 바람직하다. 한편, 다층 필름의 경우에는, PVA 층의 두께를 20 ㎛ 이하로 할 수도 있고, 15 ㎛ 이하로 할 수도 있다. 다층 필름에 있어서의 기재 수지층의 두께는, 통상적으로 20 ∼ 500 ㎛ 이다.

상기 PVA 필름으로서, PVA 층과 기재 수지층을 갖는 다층 필름을 사용하는 경우, 기재 수지는, PVA 와 함께 연신 처리를 할 수 있는 것이어야 한다. 폴리에스테르나 폴리올레핀 수지 등을 사용할 수 있다. 그 중에서도, 비정 폴리에스테르 수지가 바람직하고, 폴리에틸렌테레프탈레이트나, 거기에 이소프탈산이나 1,4-시클로헥산디메탄올 등의 공중합 성분을 공중합한 비정 폴리에스테르 수지가 바람직하게 사용된다. PVA 용액을 기재 수지 필름에 도포함으로써 다층 필름을 제조하는 것이 바람직하다. 이 때, PVA 층과 기재 수지층 사이의 접착성을 개선하기 위해서, 기재 수지 필름의 표면을 개질하거나, 양층 사이에 접착제층을 형성해도 된다.

상기 PVA 필름의 형상은 특별히 제한되지 않지만, 편광 필름을 제조할 때에 연속해서 공급할 수 있는 것으로부터 장척의 PVA 필름인 것이 바람직하다. 장척의 PVA 필름의 길이 (장척 방향의 길이) 는 특별히 제한되지 않고, 제조되는 편광 필름의 용도 등에 따라 적절히 설정할 수 있고, 예를 들어, 5 ∼ 20000 m 의 범위 내로 할 수 있다.

상기 PVA 필름의 폭은 특별히 제한되지 않고, 제조되는 편광 필름의 용도 등에 따라 적절히 설정할 수 있다. 최근, 액정 텔레비전이나 액정 모니터의 대화면화가 진행되고 있기 때문에, PVA 필름의 폭을 0.5 m 이상, 보다 바람직하게는 1.0 m 이상으로 해 두면, 이들 용도에 바람직하다. 한편, PVA 필름의 폭이 지나치게 넓으면 실용화되어 있는 장치로 편광 필름을 제조하는 경우에 균일하게 연신하는 것이 곤란해지는 경향이 있는 것으로부터, PVA 필름의 폭은 7 m 이하인 것이 바람직하다.

이상 설명한 PVA 필름을 원반으로서 사용하여, 본 발명의 편광 필름이 제조된다. 구체적으로는, 상기 PVA 필름을 요오드계 2 색성 색소로 염색하는 공정 (이하, 「염색 공정」 이라고 칭하는 경우가 있다), 상기 PVA 필름을 붕소 화합물을 사용하여 가교시키는 공정 (이하, 「가교 공정」 이라고 칭하는 경우가 있다) 및 상기 PVA 필름을 연신하는 공정 (이하, 「연신 공정」 이라고 칭하는 경우가 있다) 을 실시한 후, 연신 방향이 고정된 그 PVA 필름을 55 ∼ 65 ℃ 에서 72 시간 이상 가열하는 어닐 처리 공정을 실시하는 방법에 의해 편광 필름을 제조하는 것이 바람직하다.

상기 제조 방법에 있어서, 미리, 원반의 PVA 필름을 팽윤시키는 공정 (이하, 「팽윤 공정」 이라고 칭하는 경우가 있다) 을 실시하고 나서 상기 각 공정에 제공하는 것이 바람직하다. 염색 공정, 가교 공정 및 연신 공정을 실시한 후, 추가로, 상기 PVA 필름을 건조시키는 공정 (이하, 「건조 공정」 이라고 칭하는 경우가 있다) 을 실시하고 나서 어닐 처리 공정을 실시하는 것도 바람직하다. 건조 공정 전에, 적절히 PVA 필름을 세정하는 공정을 실시해도 된다. 또한, 상기 제조 방법에 있어서, 1 종류의 공정을 복수 회 실시해도 상관없다. 또한, 복수의 공정을 1 개의 욕 중에서 동시에 실시해도 상관없다.

상기 제조 방법으로서, 염색 공정, 가교 공정, 연신 공정 및 어닐 처리 공정을 이 순서로 실시하는 방법이 보다 바람직하고, 팽윤 공정, 염색 공정, 가교 공정, 연신 공정, 고정 처리 공정, 건조 공정 및 어닐 처리 공정을 이 순서로 실시하는 방법이 더욱 바람직하다. 이하, 각 공정에 대하여 상세하게 설명한다.

상기 제조 방법에 있어서, 먼저, 원반의 PVA 필름을 팽윤시키는 공정을 실시하는 것이 바람직하다. 팽윤 공정에서는, 10 ∼ 50 ℃ 의 물에 침지시켜 상기 PVA 필름을 팽윤시킨다. 물의 온도는, 20 ℃ 이상인 것이 바람직하고, 40 ℃ 이하인 것이 보다 바람직하다. 이와 같은 온도의 물에 침지시킴으로써, 상기 PVA 필름을 효율적으로 균일하게 팽윤시킬 수 있다. 상기 PVA 필름을 물에 침지시키는 시간은, 0.1 ∼ 5 분간인 것이 바람직하고, 0.5 ∼ 3 분간인 것이 보다 바람직하다. 이와 같은 침지 시간으로 함으로써, PVA 필름을 효율적으로 균일하게 팽윤시킬 수 있다. 또한, PVA 필름이 침지되는 물은 순수에 한정되지 않고, 각종 성분이 용해된 수용액이어도 되고, 물과 수용성 유기 용매의 혼합물이어도 된다.

상기 제조 방법에 있어서, PVA 필름을 요오드계 2 색성 색소로 염색하는 공정을 실시한다. 팽윤 공정을 실시한 후에, 염색 공정을 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 염색 공정은, 후술하는 연신 공정 전에 실시해도 되고, 연신 공정 후에 실시해도 되지만, 전자가 바람직하다. 염색 공정은 PVA 필름을 염색욕으로서 요오드-요오드화칼륨을 함유하는 용액 (특히 수용액) 중에 침지시킴으로써 실시하는 것이 일반적이고, 본 발명에 있어서도 이와 같은 염색 방법이 바람직하게 채용된다. 염색욕에 있어서의 요오드의 농도는 0.01 ∼ 0.5 질량％ 인 것이 바람직하고, 요오드화칼륨의 농도는 0.01 ∼ 10 질량％ 인 것이 바람직하다. 또한, 염색욕의 온도는 10 ∼ 50 ℃, 특히 20 ∼ 40 ℃ 로 하는 것이 바람직하다. PVA 필름을 염색욕에 침지시키는 시간으로는, 0.1 ∼ 10 분간이 바람직하고, 0.2 ∼ 5 분간이 보다 바람직하다. 염색욕은, 붕소 화합물을 함유하고 있어도 되는데, 그 함유량은, 통상적으로 붕산 환산으로 5 질량％ 미만이고, 바람직하게는 1 질량％ 이하이다. 상기 붕소 화합물로는, 가교 공정에 사용되는 것으로서 후술하는 것이 사용된다.

상기 제조 방법에 있어서, 붕소 화합물을 사용하여 PVA 필름을 가교시키는 공정을 실시한다. 이렇게 하여 가교 공정을 실시한 후에, 후술하는 어닐 처리 공정을 실시하는 것에 의해, 우수한 편광 성능과 색상을 가지면서도, 수축률이 낮은 편광 필름을 얻을 수 있다. 가교 공정은, 어닐 처리 공정 전에 실시한다. 또한, 염색 공정 후에 가교 공정을 실시하는 것이 바람직하다. 고온에서 습식 연신하는 경우에 PVA 의 용출이 방지되는 관점에서는, 연신 공정 전에 가교 공정을 실시하는 것이 바람직하다. 붕소 화합물을 함유하는 수용액을 염색욕이나 연신욕으로서 사용함으로써, 가교 공정과, 염색 공정 또는 연신 공정을 동시에 실시해도 된다. 또한, 후술하는 고정 처리 공정으로서, 붕소 화합물을 사용하여 PVA 필름을 가교시키는 공정을 실시해도 된다.

가교 공정은, 붕소 화합물을 포함하는 수용액에 PVA 필름을 침지시킴으로써 실시할 수 있다. 상기 붕소 화합물로는, 붕산, 붕사 등의 붕산염 등의 1 종 또는 2 종 이상을 사용할 수 있다. 상기 수용액에 있어서의 붕소 화합물의 농도는 붕산 환산으로 1 ∼ 15 질량％ 인 것이 바람직하고, 2 ∼ 7 질량％ 인 것이 보다 바람직하다. 상기 농도가 1 ∼ 15 질량％ 임으로써, 상기 서술한 효과가 나타남과 함께, 충분한 연신성도 유지할 수 있다. 상기 수용액은 요오드화칼륨 등의 보조제를 함유해도 된다. 효율적으로 가교시킬 수 있는 관점에서, 상기 수용액의 온도는, 20 ∼ 50 ℃, 특히 25 ∼ 40 ℃ 가 바람직하다.

후술하는 연신 공정과는 별도로, 상기 서술한 각 공정 중이나 공정 사이에 있어서, PVA 필름을 연신해도 된다. 이와 같은 연신 (전연신) 을 함으로써, PVA 필름에 주름이 들어가는 것을 방지할 수 있다. 전연신의 총연신 배율 (각 공정에 있어서의 연신 배율을 곱한 배율) 은, 편광 필름을 제조하는 경우의 편광 성능 등의 관점에서, 연신 전의 원반의 PVA 필름의 원래 길이에 기초하여, 4 배 이하인 것이 바람직하다. 팽윤 공정에 있어서의 연신 배율로는, 1.05 ∼ 3 배가 바람직하고, 염색 공정에 있어서의 연신 배율로는, 3 배 이하가 바람직하고, 가교 공정에 있어서의 연신 배율로는, 2 배 이하가 바람직하다.

상기 편광 필름의 제조 방법에 있어서, 상기 PVA 필름을 연신하는 공정을 실시한다. 연신 공정은, 습식 연신법 또는 건식 연신법을 사용하여, PVA 필름을 1 축 연신함으로써 실시할 수 있다. 습식 연신법의 경우에는, 붕소 화합물을 포함하는 수용액 중에서 실시할 수도 있고, 상기한 염색욕 중이나 가교욕 중에서 실시할 수도 있다. 붕소 화합물로는, 가교 처리에 사용되는 것으로서 상기 서술한 것을 사용할 수 있다. 또한 건식 연신법의 경우에는, 실온인 채로 연신을 실시해도 되고, 가열하면서 연신해도 되고, 흡수 후의 PVA 필름을 사용하여 공기 중에서 실시할 수도 있다. 이들 중에서도, 습식 연신법이 바람직하고, 붕소 화합물을 포함하는 수용액 중에서 1 축 연신하는 것이 보다 바람직하다. 붕소 화합물의 수용액 중에 있어서의 붕소 화합물의 농도는 붕산 환산으로 0.5 ∼ 6.0 질량％ 가 바람직하고, 1.0 ∼ 5.0 질량％ 가 보다 바람직하고, 1.5 ∼ 4.5 질량％ 가 특히 바람직하다. 또한, 상기 수용액은 요오드화칼륨을 함유해도 되고, 그 농도는 0.01 ∼ 10 질량％ 가 바람직하다.

연신 공정에 있어서 PVA 필름을 연신할 때의 온도는, 30 ∼ 90 ℃ 가 바람직하고, 40 ∼ 80 ℃ 가 보다 바람직하고, 50 ∼ 70 ℃ 가 더욱 바람직하다.

편광 필름을 제조한 경우의 편광 성능 등의 점에서, 연신 공정에 있어서의 연신 배율은, 1.2 배 이상인 것이 바람직하고, 1.5 배 이상인 것이 보다 바람직하고, 2 배 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기한 전연신의 연신 배율도 포함한 총연신 배율 (각 공정에 있어서의 연신 배율을 곱한 배율) 은, 연신 전의 원반의 PVA 필름의 원래 길이에 기초하여, 5.2 배 이상인 것이 바람직하고, 5.5 배 이상인 것이 보다 바람직하고, 5.8 배 이상인 것이 특히 바람직하다. 총연신 배율의 상한은 특별히 제한되지 않지만, 연신 끊김을 방지하기 위해서는 연신 배율은 8 배 이하인 것이 바람직하다.

장척의 PVA 필름을 1 축 연신하는 경우에 있어서의 1 축 연신의 방향으로 특별히 제한은 없고, 장척 방향으로의 1 축 연신이나 폭 방향으로의 가로 1 축 연신을 채용할 수 있다. 편광 필름을 제조하는 경우에, 편광 성능이 우수한 것이 얻어지는 점에서는, 장척 방향으로의 1 축 연신이 바람직하다. 장척 방향으로의 1 축 연신은, 서로 평행한 복수의 롤을 구비하는 연신 장치를 사용하여, 각 롤 사이의 주속을 바꿈으로써 실시할 수 있다. 한편, 가로 1 축 연신은 텐터형 연신기를 사용하여 실시할 수 있다.

상기 편광 필름의 제조 방법에 있어서, 연신 공정 후에, 상기 PVA 필름에 대하여 고정 처리 공정을 실시하는 것이 바람직하다. 이에 의해, PVA 필름에 대한 요오드계 2 색성 색소의 흡착이 강고해진다. 고정 처리에 사용하는 고정 처리욕으로는, 붕소 화합물의 1 종 또는 2 종 이상을 포함하는 수용액을 사용할 수 있고, 붕소 화합물로는, 가교 처리에 사용되는 것으로서 상기 서술한 것을 사용할 수 있다. 또한, 필요에 따라, 고정 처리욕 중에 요오드 화합물이나 금속 화합물을 첨가해도 된다. 고정 처리욕에 있어서의 붕소 화합물의 농도는, 1 ∼ 15 질량％ 인 것이 바람직하다. 상기 붕소 화합물의 농도는 10 질량％ 이하인 것이 보다 바람직하다. 상기 수용액에 요오드화칼륨을 함유시키는 경우, 그 농도는 0.01 ∼ 10 질량％ 가 바람직하다. 고정 처리욕의 온도는, 15 ∼ 60 ℃ 가 바람직하고, 20 ∼ 40 ℃ 인 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 제조 방법에 있어서, 염색 공정, 가교 공정 및 연신 공정을 실시한 후, 추가로 상기 PVA 필름을 건조시키는 공정을 실시하고 나서 상기 어닐 처리 공정을 실시하는 것도 바람직하다. 고정 처리 공정을 실시하는 경우에는, 당해 공정 후에 건조 공정을 실시하는 것이 바람직하다. 편광 필름의 치수 안정성이 더욱 향상되는 관점에서, 건조 온도는, 30 ℃ 이상이 바람직하고, 40 ℃ 이상이 보다 바람직하고, 50 ℃ 이상이 더욱 바람직하다. 한편, 편광 필름의 편광 성능 및 색상이 더욱 양호해지는 관점에서, 건조 온도는, 100 ℃ 이하가 바람직하고, 80 ℃ 이하가 보다 바람직하다. 편광 필름의 치수 안정성이 더욱 향상되는 관점에서, 건조 시간은, 10 초간 이상이 바람직하고, 30 초간 이상이 보다 바람직하고, 1 분간 이상이 더욱 바람직하다. 한편, 편광 필름의 편광 성능 및 색상이 더욱 양호해지는 관점에서, 건조 시간은 30 분간 이하가 바람직하고, 15 분간 이하가 보다 바람직하고, 10 분간 이하가 더욱 바람직하고, 5 분간 이하가 특히 바람직하다. 건조 공정을 공기나 불활성 가스 등의 가스 중에서 실시하는 것이 바람직하고, 간편하게 처리할 수 있는 관점에서는 전자가 보다 바람직하다. 건조 공정을 공기 중에서 실시할 때의 습도는 특별히 한정되지 않지만, 상대 습도가 35 ％ 이하인 것이 바람직하고, 15 ％ 이하인 것이 보다 바람직하다.

이렇게 하여 얻어진 상기 PVA 필름의 연신 방향을 고정시킨 후, 55 ∼ 65 ℃ 에서 72 시간 이상 가열하는 어닐 처리 공정을 실시한다. 여기서, 어닐 처리 공정에 제공되는 상기 PVA 필름의 편광도가 99.7 ％ 이상인 것이 바람직하다. 상기 어닐 처리 공정을 실시함으로써, 상기 PVA 필름의 우수한 편광 성능 및 색상을 유지한 채로, 수축률을 저하시킬 수 있다. 따라서, 이와 같은 높은 편광도를 갖는 PVA 필름에 대하여, 상기 어닐 처리 공정을 실시함으로써, 우수한 편광 성능과 색상을 가지면서도, 수축률이 낮은 편광 필름을 얻을 수 있다. 동일한 관점에서, 어닐 처리 공정에 제공되는 상기 PVA 필름의 단체 b 값이 2.8 이하인 것도 바람직하다. 건조 공정을 55 ∼ 65 ℃ 에서 실시하는 경우, 건조 공정과 어닐 처리 공정을 합계로 72 시간 이상 실시하면 된다. 단, 후술하는 바와 같이, 상기 PVA 필름의 롤을 어닐 처리하는 경우에는, 당해 PVA 필름의 롤을 72 시간 이상 어닐 처리할 필요가 있다.

또한, 어닐 처리 공정에 의한 상기 효과가 보다 높아지는 관점에서, 당해 공정에 제공되는 상기 PVA 필름의 수분율이 1 ∼ 25 질량％ 인 것이 바람직하다. 상기 수분율은 20 질량％ 이하인 것이 보다 바람직하고, 15 질량％ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

상기 어닐 처리 공정에 있어서, 연신 방향이 고정된 상태로 상기 PVA 필름을 어닐 처리할 필요가 있다. 이 때의 방법은 특별히 한정되지 않고, 상기 PVA 필름을 연신 방향으로 권취하여 필름 롤을 얻은 후, 당해 필름 롤을 가열하는 방법이나 상기 PVA 필름의 연신 방향의 단부를 클립 등으로 고정시킨 후에 어닐 처리하는 방법 등이 채용되고, 생산성의 관점에서는 전자가 바람직하다.

상기 어닐 처리 공정은 55 ∼ 65 ℃ 에서 실시한다. 이와 같은 저온에서 PVA 필름을 처리함으로써, 상기 PVA 필름의 우수한 편광 성능 및 색상을 유지한 채로, 수축률을 저하시킬 수 있다. 상기 온도가 55 ℃ 미만인 경우에는, 상기 PVA 필름의 수축률을 저하시키는 효과가 얻어지지 않는다. 상기 온도는 57 ℃ 이상이 바람직하다. 한편, 상기 온도가 65 ℃ 를 초과하는 경우에는, 상기 PVA 필름의 편광 성능 및 색상이 저하한다. 상기 온도는 63 ℃ 이하가 바람직하다.

상기 어닐 처리 공정을 공기나 불활성 가스 등의 가스 중에서 실시하는 것이 바람직하고, 간편하게 처리할 수 있는 관점에서는 전자가 보다 바람직하다. 상기 어닐 처리 공정을 공기 중에서 실시할 때의 습도는 특별히 한정되지 않지만, 상대 습도가 35 ％ 이하인 것이 바람직하고, 15 ％ 이하인 것이 보다 바람직하다.

상기 어닐 처리 공정에 있어서, 상기 PVA 필름을 72 시간 이상 가열한다. 이와 같이 상기 PVA 필름을 저온에서 장시간 가열함으로써, 상기 PVA 필름의 우수한 편광 성능 및 색상을 유지한 채로, 수축률을 저하시킬 수 있다. 상기 가열 시간이 72 시간 미만인 경우에는, 상기 PVA 필름의 수축률을 저하시키는 효과가 불충분해진다. 상기 가열 시간은, 85 시간 이상이 바람직하고, 100 시간 이상이 보다 바람직하다. 한편, 상기 가열 시간은, 300 시간 이하가 바람직하고, 200 시간 이하가 보다 바람직하다.

본 발명자들은, LCD 에 있어서의, 편광 필름의 수축에 의한 유리판의 휨의 문제를 해결하기 위하여, 편광 필름의 어닐 처리에 대하여 검토한 결과, 처리 온도를 높게 함으로써 수축률은 저하하지만, 편광 성능이나 색상이 악화되게 되어, 이들을 양립시키는 것이 어려웠다. 본 발명자들은, 더욱 검토를 진행시킨 결과, 놀랄 만한 일로, 상기와 같이 저온에서 장시간 어닐 처리함으로써, 우수한 편광 성능 및 색상을 유지한 채로, 수축률을 저하시킬 수 있는 것을 알아냈다. 이 메커니즘은 분명하지는 않지만, 저온에서 장시간 어닐함으로써, 붕소 화합물에 의한 PVA 의 가교점이 증가하여 수축률이 저하하는 것으로 생각된다. 또한, 저온에서 어닐 처리함으로써, PVA 의 아모르퍼스 부분의 변화나 색소의 분해가 억제되기 때문에 편광 성능이 유지되는 것으로 생각된다. 또한, 저온에서 어닐 처리함으로써, 상기 PVA 필름의 열 분해가 억제되기 대문에, 색상도 유지되는 것으로 생각된다.

이렇게 하여 얻어지는 본 발명의 편광 필름의 단체 b 값이 3.0 이하일 필요가 있다. 이와 같이 단체 b 값이 낮고 색상이 우수한 본 발명의 편광 필름은 LCD 등에 있어서 바람직하게 사용된다. 상기 단체 b 값은 2.7 이하가 바람직하고, 2.45 이하가 보다 바람직하다.

상기 편광 필름은, 하기 식 (1) 및 식 (2) 를 만족할 필요가 있다.

A ≤ 0.9 (1)

B/A ≥ 55 (2)

상기 편광 필름의 수축률 A 가 0.9 ％ 이하인 경우, 당해 편광 필름을 LCD 에 사용했을 때에, 유리판의 휨이 거의 발생하지 않는다. 이와 같이 수축률 A 가 낮은 본 발명의 편광 필름은, LCD, 특히, 고온하에서 사용되거나, 보관되는 경우가 많고 또한, 얇은 유리판이 사용되는 모바일 기기용의 LCD 에 바람직하게 사용된다. 수축률 A 는 0.85 ％ 이하가 바람직하고, 0.80 이하가 보다 바람직하다. 한편, 편광 성능 및 색상과, 치수 안정성의 밸런스가 특히 우수한 관점에서, 수축률 A 는 0.5 ％ 이상이 바람직하다. 상기 편광 필름의 수축률 A 의 측정 방법으로서, 후술하는 실시예에 기재된 방법이 채용된다.

상기 편광 필름의 수축률 A (％) 에 대한 수축 응력 B (N/㎟) 의 비 (B/A) 가 55 이상인 경우에는, 상기 편광 필름의 치수 안정성과 편광 성능의 밸런스가 양호해진다. 통상적으로, 편광 필름의 편광도를 높이고자 하면 수축 응력 및 수축률이 높아져, LCD 에 사용한 경우에 유리판에 휨이 발생하는 등의 문제가 발생한다. 한편, 본 발명의 편광 필름은, 수축 응력 B 는 높고, 수축률 A 는 낮기 때문에, 치수 안정성과 편광 성능을 양립시키는 것이 가능하여, 이와 같은 문제가 해소된다. 상기 비 (B/A) 는 60 이상이 바람직하다. 한편, 상기 비 (B/A) 는 100 이하가 바람직하다.

상기 편광 필름의 수축률 A 및 수축 응력 B 의 측정 방법으로서, 후술하는 실시예에 기재된 방법이 채용된다. 본 발명에 있어서, 편광 필름의 연신 방향에 있어서 수축률 및 수축 응력을 측정하고, 복수의 방향으로 연신하는 경우에는, 연신 배율이 높은 방향에 있어서 측정한다.

상기 편광 필름은, 하기 식 (3) 을 만족하는 것이 바람직하다.

B ≥ 45 (3)

단, B 는 상기 식 (2) 와 동일한 의미이다.

상기 편광 필름의 수축 응력 B 가 45 N/㎟ 이상임으로써, 편광 성능이 더욱 향상된다. 상기한 바와 같이, 상기 편광 필름은 수축률 A 가 낮기 때문에, 상기 편광 필름을 LCD 에 사용한 경우에, 당해 필름이 수축한 경우에도, 당해 필름과 유리판 사이의 접착제층에 의해, 당해 필름의 치수 변화가 흡수된다. 따라서, 수축 응력 B 가 높아도, 유리의 휨이 잘 발생하지 않는다. 특히, 휴대 단말 등의 모바일 기기용의 LCD 는, 치수가 작고, 상기 편광 필름의 수축에 의한 치수 변화도 보다 작기 때문에, 유리의 휨이 더욱 잘 발생하지 않는다. 수축 응력 B 는 47 N/㎟ 이상이 보다 바람직하다. 한편, 수축 응력 B 는 60 N/㎟ 이하가 바람직하다.

상기 편광 필름의 두께가 1 ∼ 30 ㎛ 인 것이 바람직하다. 이와 같이 얇은 편광 필름은, LCD 등, 특히 모바일 기기용의 LCD 에 바람직하게 사용된다. 상기 두께가 1 ㎛ 미만인 경우에는, 편광 필름의 제조가 곤란해질 우려가 있는 것 외에, 염색 불균일이 발생하기 쉬워질 우려가 있다. 상기 두께는 5 ㎛ 이상이 바람직하다. 한편, 상기 두께는 20 ㎛ 이하가 보다 바람직하다.

상기 편광 필름 중의 PVA 의 함유량은, 50 ∼ 99 질량％ 인 것이 바람직하다. 당해 함유량은, 75 질량％ 이상인 것이 보다 바람직하고, 80 질량％ 이상인 것이 더욱 바람직하고, 85 질량％ 이상인 것이 특히 바람직하다. 또한, 98 질량％ 이하인 것이 보다 바람직하고, 96 질량％ 이하인 것이 더욱 바람직하고, 95 질량％ 이하인 것이 특히 바람직하다.

상기 편광 필름 중의 붕소 화합물의 함유량은 붕산 환산으로 5 ∼ 50 질량％ 가 바람직하다. 상기 함유량이 5 질량％ 미만인 경우에는, 수축률을 저하시키는 효과가 불충분해질 우려가 있다. 상기 함유량은 12 질량％ 이상이 보다 바람직하다. 한편, 상기 함유량이 50 질량％ 를 초과하는 경우에는, 편광 필름의 수축력이 지나치게 높아질 우려가 있다. 상기 함유량은 30 질량％ 이하가 보다 바람직하다.

상기 편광 필름의 편광도가 99.5 ％ 이상일 필요가 있다. 이와 같은 높은 편광도를 갖는 편광 필름은, 고성능 LCD 에 바람직하게 사용된다. 상기 편광도는, 99.7 ％ 이상이 바람직하고, 99.8 ％ 이상이 보다 바람직하다.

상기 편광 필름의 단체 b 값이 3.0 이하일 필요가 있다. 이와 같이 단체 b 값이 낮고 색상이 우수한 편광 필름은, 고성능 LCD 에 바람직하게 사용된다. 상기 단체 b 값은 2.8 이하가 바람직하고, 2.5 이하가 보다 바람직하다. 한편, 상기 단체 b 값은, 통상적으로 0 이상이다. 편광 성능 및 색상과, 치수 안정성의 밸런스가 특히 우수한 관점에서, 단체 b 값은 1.0 이상이 바람직하다.

상기 편광 필름과 보호 필름이 적층되어 이루어지는 편광판이 본 발명의 바람직한 실시양태이다. 상기 편광 필름을 사용한 편광판은, 우수한 편광 성능 및 색상을 갖고, 또한 편광 필름의 수축률이 낮기 때문에 치수 안정성이 우수하기 때문에, LCD 등, 특히 모바일 기기용의 LCD 에 바람직하게 사용된다.

상기 보호 필름은, 광학적으로 투명하고 또한 기계적 강도를 갖는 것이면 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 삼아세트산셀룰로오스 (TAC) 필름, 아세트산·부티르산셀룰로오스 (CAB) 필름, 아크릴계 필름, 폴리에스테르계 필름, 고리형 올레핀 (COP) 필름 등을 사용할 수 있다. 상기 편광판은, 상기 편광 필름의 편면에 상기 보호 필름이 접합된 것이어도 되고, 상기 편광 필름의 양면에 상기 보호 필름이 접합된 것이어도 된다. 또한, 첩합을 위한 접착제로는, PVA 계 접착제나 우레탄계 접착제, 혹은 자외선 경화형 접착제 등을 들 수 있다.

상기 편광판의 제조 방법은 특별히 한정되지 않지만, PVA 필름을 요오드계 2 색성 색소로 염색하는 공정, 붕소 화합물을 사용하여 가교시키는 공정 및 연신하는 공정을 실시한 후, 그 PVA 필름과 보호 필름을 적층시켜 다층 필름을 얻고, 연신 방향이 고정된 그 다층 필름을 55 ∼ 65 ℃ 에서 72 시간 이상 가열하는 어닐 처리 공정을 실시하는 방법이 바람직하다. 이와 같은 제조 방법에 의하면, 밝고, 편광 특성이 양호하고, 게다가 고온 조건하에서 사용해도 치수 안정성이 우수한 편광판이 얻어지기 때문에, 본 발명의 편광판을 비롯한 다양한 편광판의 제조에 바람직하게 사용된다. PVA 필름과 보호 필름을 적층시켜 다층 필름을 얻는 공정 (이하, 「적층 공정」 이라고 칭하는 경우가 있다) 을 추가로 실시하는 것 이외에는, 상기 서술한 편광 필름의 제조 방법과 동일하게 하여 상기 편광판을 얻을 수 있다. 상기 편광판의 제조 방법에 있어서, 건조 공정을 실시하는 경우에는, 건조 공정 전에 적층 공정을 실시해도 되고, 건조 공정 후에 적층 공정을 실시해도 된다. 고정 처리 공정을 실시하는 경우에는, 고정 처리 공정을 실시한 후에 적층 공정을 실시하는 것이 바람직하다.

이렇게 하여 얻어진 편광판은, 밝고, 편광 특성이 양호하고, 게다가 고온 조건하에서 사용해도 치수 안정성이 우수하기 때문에, 고성능 LCD, 특히 모바일 기기용 LCD 에 바람직하게 사용된다.

실시예

이하, 실시예를 사용하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.

[편광 필름 중의 붕소 원소 함유량의 산출]

편광 필름 (질량 Jg) 을 증류수에 첨가하고 나서 가열함으로써, 편광 필름이 용해된 수용액 (질량 Kg, 고형분량 0.005 질량％) 을 얻었다. 시마즈 제작소 제조 멀티형 ICP 발광 분석 장치 (ICP) 를 사용하여 당해 수용액 중의 붕소 농도 [L (ppm)] 를 측정하고, 하기 계산식에 의해 편광 필름 중의 붕소 원소의 함유량을 구하였다.

편광 필름 중의 전체 붕소 원소 함유량 (질량％)

= [(L × 10^-6 × K)/J] × 100

[편광 필름의 광학 특성]

얻어진 편광 필름의 폭 방향의 중앙부로부터, 편광 필름의 길이 방향으로 3 ㎝, 폭 방향으로 1.5 ㎝ 의 장방형의 샘플을 채취하고, 적분구가 형성된 분광 광도계 (니혼 분광 주식회사 제조 「V7100」) 를 사용하여, JIS Z8722 (물체색의 측정 방법) 에 준거하여, 시감도 보정을 실시한 후에, 단체 투과율 (T), 편광도 (V) 및 단체 b 값을 계측하였다.

[편광 필름의 수축 응력]

수축 응력은 시마즈 제작소 제조의 항온조가 부착된 오토그래프 AG-X 와 비디오식 신장계 TR ViewX120S 를 사용하여 측정하였다. 측정에는 20 ℃, 20 ％ RH 로 18 시간 조습한 편광 필름을 사용하였다. 오토그래프 AG-X 의 항온조를 20 ℃ 로 한 후, 편광 필름 (길이 방향 15 ㎝, 폭 방향 1.5 ㎝) 을 척 (척 간격 5 ㎝) 에 장착하였다. 인장 (속도 1 ㎜/분) 과 80 ℃ 로 항온조의 승온 (10 ℃／분) 을 동시에 개시하였다. 약 3 초 후에 장력이 2 N 에 도달한 시점에서 인장을 정지하고, 그 상태로 유지하였다. 항온조 내의 온도가 80 ℃ 에 도달하고 나서 4 시간 후까지의 장력을 측정하였다. 이 때, 열 팽창에 의해 척간의 거리가 바뀌기 때문에, 척에 표선 시일을 붙여, 비디오식 신장계 TR ViewX120S 를 사용하여 척에 첩부한 표선 시일이 움직인 만큼 척간의 거리를 수정할 수 있도록 하여 측정을 실시하였다. 또한, 4 시간 후의 장력 (N) 의 측정치로부터 초기 장력 2 N 을 뺀 값을 편광 필름의 수축력 (N) 으로 하고, 그 값 (N) 을 샘플 단면적 (㎟) 으로 나눈 값을 수축 응력 (N/㎟) 이라고 정의하였다.

[편광 필름의 수축률]

수축률은 TA Instruments 제조 열 기계 측정 장치 (Q400) 를 사용하여 측정하였다. 측정에는 20 ℃, 20 ％ RH 로 18 시간 조습한 편광 필름을 사용하였다. 편광 필름을 길이 방향 3 ㎝, 폭 방향 0.3 ㎝ 로 재단한 측정 샘플을, 척간이 약 2 ㎝ 가 되도록 장치에 장착하였다. 장치 내를 20 ℃ 로부터 80 ℃ 까지 10 ℃／분으로 승온시킨 후, 80 ℃ 에서 4 시간 유지함으로써 편광 필름의 가열을 실시하고, 수축률을 하기 식에 의해 산출하였다. 또한, 샘플 장착으로부터 측정 종료까지의 동안 0.098 (N) 의 일정 하중을 인가하였다.

수축률 (％) = 100 × (x - y)/x

x : 가열 전의 척간 거리 (㎝)

y : 가열 후의 척간 거리 (㎝)

[수분율]

PVA 필름을 105 ℃ 에서 16 시간 건조시켜, 건조 전후의 PVA 필름의 질량으로부터 하기 식에 의해, PVA 필름의 수분율을 구하였다.

수분율 (％) = 100 × (α - β)/α

α : 건조 전의 PVA 필름의 질량 (g)

β : 건조 후의 PVA 필름의 질량 (g)

실시예 1

[편광 필름의 제작]

PVA (비누화도 99.9 몰％, 중합도 2500) 100 질량부, 가소제로서 글리세린 10 질량부, 및 계면 활성제로서 폴리옥시에틸렌라우릴에테르황산나트륨 0.1 질량부를 포함하고, PVA 의 함유율이 9 질량％ 인 수용액을 제막 원액으로서 사용하였다. 이것을 80 ℃ 의 금속 롤 상에서 건조시키고, 얻어진 필름을 열풍 건조기 중에서 112 ℃ 의 온도에서 10 분간 열 처리를 하여, 두께가 30 ㎛ 인 PVA 필름을 제조하였다.

얻어진 PVA 필름의 폭 방향 중앙부로부터 폭 5 ㎝, 길이 11 ㎝ 의 샘플을 커트하고, 폭 5 ㎝, 길이 5 ㎝ 의 범위가 제막시의 MD (기계축) 방향으로 1 축 연신할 수 있도록, 1 축 연신 지그에 샘플을 고정시켰다. 팽윤 공정으로서, 이 샘플을 30 ℃ 의 순수에 침지시키고, 그 동안에 1.1 배로 길이 방향으로 1 축 연신하였다. 계속해서, 염색 공정으로서, 요오드와 요오드화칼륨을 1 : 20 의 질량비로 함유하는 수용액 (염색욕, 온도 30 ℃) 에 60 초간 침지시킴으로써 요오드를 흡착시키고, 그 동안에 2.2 배 (전체로서 2.4 배) 로 길이 방향으로 1 축 연신하였다. 이 때, 염색욕의 요오드의 농도는 건조 후의 편광 필름의 투과율이 44 ％ 가 되도록 조제하였다. 계속해서, 가교 공정으로서, 붕산을 2.6 질량％ 의 비율로 함유하는 수용액 (가교욕, 온도 32 ℃) 에 침지시키고, 그 동안에 1.1 배 (전체로서 2.7 배) 로 길이 방향으로 1 축 연신하였다. 계속해서, 연신 공정으로서, 붕산을 3 질량％ 및 요오드화칼륨을 5 질량％ 의 비율로 함유하는 수용액 (연신욕, 온도 60 ℃) 에 침지시키고, 그 동안에 2.2 배 (전체로서 6.0 배) 로 길이 방향으로 1 축 연신하였다. 계속해서, 고정 처리 공정으로서, 연신된 PVA 필름을 붕산 수용액 (붕산 농도 1.5 질량％, 요오드화칼륨 농도 4 질량％, 온도 22 ℃) 중에 10 초간 침지시켰다. 계속해서, 세정 공정으로서, 요오드화칼륨을 3.5 질량％ 의 비율로 함유하는 수용액 (세정욕, 온도 20 ℃) 에 5 초간 침지시켰다. 계속해서, 건조 공정으로서, 얻어진 PVA 필름을 공기 중 80 ℃ 에서 4 분간 건조시켰다. 건조 공정은, 열풍 건조기를 사용하여, 대기에 해방된 상태에서 실시하였다. 이렇게 하여 얻어진 어닐 처리 공정 전의 PVA 필름 (참고예 1) 의 광학 특성, 수축률, 수축 응력, 두께, 수분율 및 붕소 원소 함유량을 측정하였다. 어닐 처리 공정 전의 PVA 필름의 수분율은 8.1 ％ 이고, 붕소 함유량은 3.46 질량％ [붕산 (B(OH)₃) 함유량 19.8 질량％] 였다. 그 밖의 결과를 표 1 에 나타낸다. 또한, PVA 필름의 수축률과 단체 b 값을 도 1 에 플롯하고, 수축 응력과 수축률을 도 2 에 플롯하였다.

얻어진 PVA 필름을 MD 방향 20 ㎝, TD 방향 7 ㎝ 가 되도록 재단하였다. 2 장의 스테인리스제의 프레임으로 당해 PVA 필름의 MD 방향의 양단부를 느슨함이 발생하지 않도록 사이에 끼우고, 추가로 당해 프레임을 양 외측으로부터 클립으로 사이에 끼웠다. 이렇게 하여, 상기 PVA 필름의 MD 방향의 양단부를 고정시켰다. 항온조를 사용하여, 당해 PVA 필름을 공기 중, 60 ℃ 에서 120 시간 어닐 처리하였다. 어닐 처리는, 대기에 해방된 상태에서 실시하였다. 이렇게 하여 얻어진 편광 필름의 광학 특성, 수축률 및 수축 응력을 측정하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다. 또한, 편광 필름의 수축률과 단체 b 값을 도 1 에 플롯하고, 수축 응력과 수축률을 도 2 에 플롯하였다. 또한, 얻어진 편광 필름과 어닐 처리 공정 전의 PVA 필름은 붕소 원소의 함유량이 실질적으로 동일하다.

실시예 2, 비교예 1 ∼ 3, 5 ∼ 12, 14 ∼ 16

어닐 처리의 온도 및 시간을 표 1 에 나타내는 바와 같이 변경한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 편광 필름의 제작 및 평가를 실시하였다. 결과를 표 1, 도 1 및 도 2 에 나타낸다.

실시예 3

[다층 필름의 제작]

실시예 1 과 동일하게 하여 어닐 처리 공정 전의 PVA 필름을 얻었다. 편면에 PVA 점착제 (PVA 함유량은 3 질량％) 가 도포된 삼아세트산셀룰로오스 (TAC) 필름을 상기 PVA 필름의 양측에 배치하여 라미네이터로 접합한 후, 60 ℃ 에서 10 분간 건조를 실시함으로써, 어닐 처리 공정 전의 다층 필름을 얻었다.

얻어진 어닐 처리 공정 전의 다층 필름을 TAC 의 양 (良) 용매인 염화메틸렌에 1 주일간 침지시킨 후, 드래프트 내에서 실온에서 24 시간 건조시킴으로써, PVA 필름으로부터 TAC 를 제거하였다. TAC 가 제거된 PVA 필름 (참고예 2) 의 광학 특성, 수축률, 수축 응력 및 두께를 측정하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.

[다층 필름의 어닐 처리]

얻어진 어닐 처리 공정 전의 다층 필름을 사용한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 어닐 처리 공정을 실시함으로써, 편광 필름 (편광판) 을 얻었다. 얻어진 편광 필름 (편광판) 으로부터 상기와 동일하게 하여 TAC 를 제거한 후, TAC 가 제거된 편광 필름의 광학 특성, 수축률, 수축 응력 및 두께를 측정하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.

비교예 4, 13

어닐 처리의 온도 및 시간을 표 1 에 나타내는 바와 같이 변경한 것 이외에는, 실시예 3 과 동일하게 하여 편광판의 제작 및 평가를 실시하였다. 이들 결과를 표 1 에 나타낸다.

Claims

요오드계 2 색성 색소를 포함하고, 또한 붕소 화합물로 가교된 폴리비닐알코올 필름으로 이루어지는 편광 필름으로서,
편광도가 99.5 ％ 이상이고, 단체 (單體) b 값이 3.0 이하이고, 또한 하기 식 (1) 및 식 (2) 를 만족하는 편광 필름.
A ≤ 0.9 (1)
B/A ≥ 55 (2)
단, A 는, 80 ℃ 에서 4 시간 가열된 상기 편광 필름의 수축률 (％) 이고, B 는, 80 ℃ 에서 4 시간 가열된 상기 편광 필름의 수축 응력 (N/㎟) 이다.
제 1 항에 있어서,
상기 단체 b 값이 1.0 이상인 편광 필름.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
A 가 0.5 이상인 편광 필름.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 폴리비닐알코올의 중합도가 1,500 ∼ 6,000 인 편광 필름.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
두께가 1 ∼ 30 ㎛ 인 편광 필름.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 편광 필름과 보호 필름이 적층되어 이루어지는 편광판.
폴리비닐알코올 필름을 요오드계 2 색성 색소로 염색하는 공정, 붕소 화합물을 사용하여 가교시키는 공정 및 연신하는 공정을 실시한 후, 연신 방향이 고정된 그 폴리비닐알코올 필름을 55 ∼ 65 ℃ 에서 72 시간 이상 가열하는 어닐 처리 공정을 실시하는 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 편광 필름의 제조 방법.
폴리비닐알코올 필름을 요오드계 2 색성 색소로 염색하는 공정, 붕소 화합물을 사용하여 가교시키는 공정 및 연신하는 공정을 실시한 후, 그 폴리비닐알코올 필름과 보호 필름을 적층시켜 다층 필름을 얻고, 연신 방향이 고정된 그 다층 필름을 55 ∼ 65 ℃ 에서 72 시간 이상 가열하는 어닐 처리 공정을 실시하는 제 6 항에 기재된 편광판의 제조 방법.