KR102675981B1 - 편광판, 액정표시장치 및 이의 제조 방법, 및 폴리비닐알코올계 편광 필름 - Google Patents
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Abstract
내열 내구성과 편광 성능에 균형있게 뛰어난 고품질인 폴리비닐알코올계 편광판, 그 편광판을 구비한 액정표시장치 및 이의 제조 방법, 및 상기 편광판에 사용하는 폴리비닐알코올계 편광 필름을 제공한다. 상기 편광판은 유리 전이 온도가 95℃ 이상인 폴리비닐알코올계 편광 필름과, 이 폴리비닐알코올계 편광 필름의 적어도 편면에 설치된 보호 필름을 구비하고 있다. 상기 액정표시장치는 상기 편광판과 화상 표시장치가 적층되어 있다. 이 액정표시장치의 제조 방법은, 유리 전이 온도가 95℃ 미만인 폴리비닐알코올계 편광 필름을 갖는 편광판과 화상 표시장치와의 적층체에 대해서 건조 처리를 실시하는 것으로, 그 편광판을 구성하는 상기 폴리비닐알코올계 편광 필름의 유리 전이 온도를 95℃ 이상으로 제어한다.
Description
본 발명은 편광판, 액정표시장치 및 이의 제조 방법, 및 폴리비닐알코올계 편광 필름에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 광학 특성과 내열 내구성과의 밸런스에 매우 뛰어난 폴리비닐알코올계 편광 필름을 갖는 편광판(폴리비닐알코올계 편광판)에 관한 것이다.
최근, 액정표시장치의 발전은 눈부시게 스마트 폰, 태블릿, 퍼스널 컴퓨터, 액정 TV, 프로젝터, 차재 패널 등에 폭넓게 사용되고 있다. 상기 액정표시장치에는 편광판이 사용되고 있으며, 편광판으로서는, 주로, 폴리비닐알코올계 필름에 요오드 또는 이색성 염료를 흡착 배향시킨 편광 필름에, 보호 필름을 적층한 것이 사용되고 있다. 최근, 액정표시장치의 용도가 확대됨에 따라, 그 사용 환경은 온도 범위 및 습도 범위 모두 종래에 비해 더욱 광범위하게 넓어지고 있으며, 이 때문에, 종래보다 더욱 내열 내구성이 뛰어나면서 높은 편광도를 나타내는 편광판이 필요해지고 있다.
편광판의 내열 내구성을 향상시키는 방법으로서는, 예를 들면 특정 아조계 염료를 사용한 편광막을 사용하거나(예를 들면, 특허 문헌 1 참조), 요오드가 흡착 배향하고 있으며, 또한 이색성 유기 염료를 함유하는 편광 필름을 사용하거나(예를 들면, 특허 문헌 2 참조) 하는 방법이 제안되어 있다.
또, 요오드가 흡착 배향하고 있는 편광자를 포함하며, 요오드의 위상차값 Ri가 160nm 이상이며, 특정 광학 특성을 갖는 편광판(예를 들면, 특허 문헌 3 참조)이나, 요오드와 칼륨의 중량비와 붕소 원소량을 규정한 편광판(예를 들면, 특허 문헌 4 참조)도 내열 내구성이 뛰어난 편광판으로서 제안되고 있다.
그러나, 상기 특허 문헌 1의 개시 기술에서는, 특정 염료를 사용하는 것으로 높은 내열 내구성을 갖는 편광 필름을 얻을 수 있지만, 그 편광도는 99.9%로 낮은 것이며, 콘트라스트가 불충분하다는 문제점이 있다.
상기 특허 문헌 2에서도, 높은 편광 성능을 갖는 편광 필름을 얻을 수 있지만, 그 제조 과정에서, 이색성 염료로 염색하는 염색조와 요오드로 염색하는 염색조의 두 개 이상의 염색조를 설치할 필요가 있고, 또, 편광 필름의 색조 조정을 실시하기 위해서는 2종류 이상의 염색조의 깐깐한 농도 관리도 필요하기 때문에, 생산성이 낮다는 문제점이 있다.
또한, 상기 특허 문헌 3의 개시 기술에서는, 85℃ 정도에서의 내열시험의 광학 특성 저하는 억제할 수 있지만, 보다 가혹한 온도 조건하에서의 내열 내구성은 개선할 수 없다는 문제점이 있다.
상기 특허 문헌 4의 개시 기술에서도, 105℃에서 30분간 방치했을 때의 700 nm에 있어서의 흡광도를 2.3 이상으로 유지할 수 있지만, 더욱 장시간에 걸쳐 고온 환경하에 쬐었을 때의 내열 내구성은 개선할 수 없다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명에서는 이러한 배경하에서, 내열 내구성과 편광 성능에 균형있게 뛰어난 고품질인 폴리비닐알코올계 편광판, 그 편광판을 구비한 액정표시장치 및 이의 제조 방법, 및 상기 편광판에 사용하는 폴리비닐알코올계 편광 필름을 제공한다.
본 발명자들은 이와 같은 사정에 감안하여 예의 연구를 거듭한 결과, 종래의 폴리비닐알코올계 편광판보다도 유리 전이 온도가 높은 폴리비닐알코올계 편광 필름을 갖는 편광판을 사용하는 것으로, 내열 내구성과 편광 성능에 균형있게 뛰어난 폴리비닐알코올계 편광판을 얻을 수 있다는 것을 발견하였다.
즉, 본 발명은 이하의〔1〕∼〔6〕을 요지로 한다.
〔1〕폴리비닐알코올계 편광 필름과, 이 폴리비닐알코올계 편광 필름의 적어도 편면에 설치된 보호 필름을 구비하고 있는 편광판에 있어서, 상기 폴리비닐알코올계 편광 필름의 유리 전이 온도가 95℃ 이상인 편광판.
〔2〕수분율이 2중량% 이하인 상기〔1〕에 기재된 편광판.
〔3〕상기 폴리비닐알코올계 편광 필름의 붕산 함유율이 20중량% 이상인 상기〔1〕또는〔2〕에 기재된 편광판.
〔4〕상기〔1〕∼〔3〕중 어느 하나에 기재된 편광판과 화상 표시장치가 적층되어 있는 것을 구비하고 있는 액정표시장치.
〔5〕상기〔4〕에 기재된 액정표시장치의 제조 방법에 있어서, 유리 전이 온도가 95℃ 미만의 폴리비닐알코올계 편광 필름을 갖는 편광판과 화상 표시장치와의 적층체에 대해서 건조 처리를 실시하는 것으로, 상기 편광판을 구성하는 폴리비닐알코올계 편광 필름의 유리 전이 온도를 95℃ 이상으로 제어하는 액정표시장치의 제조 방법.
〔6〕유리 전이 온도가 95℃ 이상인 폴리비닐알코올계 편광 필름.
본 발명의 편광판은 유리 전이 온도가 95℃ 이상의 폴리비닐알코올계 편광 필름을 갖기 때문에, 내열 내구성과 편광 성능에 균형있게 뛰어난 것이며, 또 95℃ 이상이라는 매우 고온의 조건하에에서 안정되게 성능을 발휘할 수 있는 것이다.
이하, 본 발명의 실시의 형태를 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 이들 실시의 형태로 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 편광판의 일 실시의 형태는 유리 전이 온도(Tg)가 95℃ 이상인 폴리비닐알코올계 편광 필름과, 이 폴리비닐알코올계 편광 필름의 적어도 편면에 구비된 보호 필름을 갖고 있다. 이것이 본 발명의 최대의 특징이다.
상기 폴리비닐알코올계 편광 필름의 유리 전이 온도(Tg)는 95℃ 이상인 것이 필요하고, 내열 내구성의 관점에서 100℃ 이상이 바람직하며, 특히 바람직하게는 105℃ 이상이며, 상한은 통상 125℃이다. 즉, 상기 유리 전이 온도(Tg)가 하한값 미만이면 편광판의 내열 내구성이 불충분해져서 본 발명의 목적을 달성할 수 없다.
상기 유리 전이 온도(Tg)는 폴리비닐알코올계 편광 필름(편광판)을 DSC(TA instruments사 제조 Q2000, 시료 5mg)를 사용하여, －80℃에서 155℃까지 승온 속도 5℃／분으로 승온하여 측정되는 값이다.
상기 폴리비닐알코올계 편광 필름의 제조는 우선, 폴리비닐알코올계 수지를 원료로서 폴리비닐알코올계 필름을 얻고, 그 다음에, 이 폴리비닐알코올계 필름을 원반으로서 팽윤, 염색, 붕산 가교, 연신, 세정, 건조 등의 공정을 거쳐 실시된다.
여기서, 상기 폴리비닐알코올계 편광 필름의 제조 방법의 일례를 공정순서대로 상세하게 설명한다.
〔폴리비닐알코올계 필름의 형성 재료〕
우선, 상기 폴리비닐알코올계 필름의 형성 재료인 상기 폴리비닐알코올계 수지에 대해 설명한다.
상기 폴리비닐알코올계 수지로서는, 통상, 미변성의 폴리비닐알코올계 수지, 즉, 초산 비닐을 중합하여 얻어지는 폴리초산 비닐을 비누화하여 제조되는 수지가 사용된다. 필요에 따라, 초산비닐과 소량(통상, 10몰% 이하, 바람직하게는 5몰% 이하)의 초산 비닐과 공중합 가능한 성분과의 공중합체를 비누화하여 얻어지는 수지를 사용할 수도 있다. 초산 비닐과 공중합 가능한 성분으로서는, 예를 들면, 불포화 카르본산류(예를 들면, 염, 에스테르, 아미드, 니트릴 등을 포함), 탄소수 2∼30의 올레핀류(예를 들면, 에틸렌, 프로필렌, n－부텐, 이소부텐 등), 비닐에테르류, 불포화 설폰산 염 등을 들 수 있다. 또, 비누화 후의 수산기를 화학 수식하여 얻어지는 변성 폴리비닐알코올계 수지를 사용할 수도 있다.
또, 상기 폴리비닐알코올계 수지로서 측쇄에 1,2－디올 구조를 갖는 폴리비닐알코올계 수지를 사용할 수도 있다. 이 측쇄에 1,2－디올 구조를 갖는 폴리비닐알코올계 수지는 예를 들면, (i) 초산 비닐과 3,4－디아세톡시-1－부텐과의 공중합체를 비누화하는 방법, (ii) 초산 비닐과 비닐에틸렌카보네이트와의 공중합체를 비누화 및 탈탄산하는 방법, (iii) 초산 비닐과 2,2－디알킬-4－비닐-1,3－디옥솔런과의 공중합체를 비누화 및 탈케탈화하는 방법, (iｖ) 초산 비닐과 글리세린모노아릴에테르와의 공중합체를 비누화하는 방법 등에 의해 얻어진다.
상기 폴리비닐알코올계 수지의 중량 평균 분자량은 상기 폴리비닐알코올계 편광 필름의 제조상의 관점에서 10만∼30만인 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 11만∼28만, 더욱 바람직하게는 12만∼26만이다. 즉, 이 중량 평균 분자량이 너무 작으면, 폴리비닐알코올계 수지를 광학 필름으로 하는 경우에 충분한 광학 성능을 얻기 어려운 경향이 있고, 너무 크면, 폴리비닐알코올계 필름으로부터 상기 폴리비닐알코올계 편광 필름을 제조할 때의 연신이 곤란해지는 경향이 있다. 또한, 상기 폴리비닐알코올계 수지의 중량 평균 분자량은 GPC－MALS법에 의해 측정되는 중량 평균 분자량이다.
상기 폴리비닐알코올계 수지의 평균 비누화도는 상기 폴리비닐알코올계 편광 필름의 광학 성능의 관점에서 통상 98몰% 이상인 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 99몰% 이상, 더욱 바람직하게는 99.5몰% 이상, 특히 바람직하게는 99.8몰% 이상이다. 즉, 이 평균 비누화도가 너무 작으면, 폴리비닐알코올계 필름으로부터 제조되는 상기 폴리비닐알코올계 편광 필름이 충분한 광학 성능을 갖지 않는 경향이 있다.
여기서, 상기 평균 비누화도는 JIS K 6726에 준하여 측정되는 것이다.
상기 폴리비닐알코올계 수지로서 변성종, 변성량, 중량 평균 분자량, 평균 비누화도 등이 다른 2종 이상의 것을 병용할 수도 있다.
이어서, 상기 폴리비닐알코올계 수지를 사용하여 폴리비닐알코올계 수지 수용액을 조제한다. 이 폴리비닐알코올계 수지 수용액에 대해 설명한다.
상기 폴리비닐알코올계 수지 수용액은, 전술한 폴리비닐알코올계 수지를 물 등의 용매에 용해한 것이다. 용매로서 물 외에, 예를 들면, 디메틸술폭시드(DMSO)；N－메틸피롤리돈；글리세린, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 테트라에틸렌글리콜, 트리메틸올프로판 등의 다가 알코올；에틸렌 디아민, 디에틸렌트리아민 등의 아민류； 및 이들 혼합물을 병용할 수도 있다.
상기 폴리비닐알코올계 수지 수용액에는, 폴리비닐알코올계 수지 이외에, 필요에 따라서, 글리세린, 디글리세린, 트리글리세린, 에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 트리메틸올프로판 등의 일반적으로 사용되는 가소제나, 비이온성, 음이온성, 및 양이온성의 적어도 하나의 계면활성제를 함유시킬 수 있고, 이들을 함유하는 것이 제막성의 관점에서 바람직하다. 이들로부터 선택되는 1종을 단독으로, 또는 2종 이상을 함께 사용할 수 있다.
이와 같이 하여 얻어지는 폴리비닐알코올계 수지 수용액의 수지 농도는 생산성의 관점에서 15∼60중량%인 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 17∼55중량%, 더욱 바람직하게는 20∼50 중량%이다. 즉, 이 수용액의 수지 농도가 너무 낮으면, 건조 부하가 커지기 때문에 생산성이 저하되는 경향이 있고, 너무 높으면, 점도가 너무 높아져서 균일한 용액이 불가능해지는 경향이 있다.
얻어진 폴리비닐알코올계 수지 수용액은 통상, 탈포처리된다. 탈포방법으로서는, 예를 들면, 정치탈포나 다축압출기에 의한 탈포 등의 방법을 들 수 있다. 다축압출기로서는, 벤트를 갖는 다축 압출기일 수 있고, 통상은 벤트를 갖는 2축 압출기가 사용된다.
〔폴리비닐알코올계 필름의 제조 방법〕
상기 탈포처리 후, 폴리비닐알코올계 수지 수용액은 일정량씩 T형 슬릿 다이에 도입되어 회전하는 캐스트 드럼상에 토출 및 유연되며, 연속 캐스트법에 의해 제막된다. 그리고, 그 제막된 필름을 건조 등을 함으로써, 폴리비닐알코올계 필름을 얻는다. 이 폴리비닐알코올계 필름의 제조 방법을 설명한다.
상기 연속 캐스트법이란 예를 들면, 폴리비닐알코올계 수지 수용액을 T형 슬릿 다이로부터, 회전하는 캐스트 드럼, 엔드레스 벨트, 수지 필름 등의 캐스트형에 토출 및 유연하여 제막하는 수법이다.
상기 캐스트 드럼 등의 캐스트형의 표면 온도는 40∼99℃인 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 60∼95℃이다. 캐스트형으로 제막된 필름의 건조는 그 필름의 표면과 이면을 복수 라인의 열롤의 외주부에 교대로 접촉시키면서 반송시키는 것으로 실시된다. 이 열롤에 의한 건조 후, 그 필름에 열처리를 실시할 수도 있다. 열처리에 대해서는, 60∼150℃에서 실시되는 것이 바람직하며, 특히 80∼130℃가 바람직하다. 상기 건조 및 필요에 따라 열처리를 실시한 상기 필름은 그 필름의 양측 단부를 절단 제거(슬릿)하여 상기 폴리비닐알코올계 필름으로 형성된다. 그리고, 그 폴리비닐알코올계 필름은 심관에 권취되어 필름 롤에 형성된다.
상기 폴리비닐알코올계 필름의 두께는 5∼75㎛인 것이 바람직하고, 편광 필름의 박형화의 관점에서 특히 바람직하게는 10∼60㎛이며, 내구성의 관점에서 더욱 바람직하게는 15∼60㎛이다.
또, 상기 폴리비닐알코올계 필름의 폭은 4m 이상인 것이 바람직하고, 대면화의 관점에서 더욱 바람직하게는 4.5m 이상, 파단 회피의 관점에서는 특히 바람직하게는 4.5∼6m이다.
또, 상기 폴리비닐알코올계 필름의 길이는 4km 이상인 것이 바람직하고, 대면화의 관점에서 더욱 바람직하게는 4.5km 이상, 수송 중량의 관점에서 특히 바람직하게는 4.5∼50km이다.
〔폴리비닐알코올계 편광 필름의 제조 방법〕
이하, 상기 폴리비닐알코올계 필름을 사용하여 얻어지는 본 발명의 폴리비닐알코올계 편광 필름의 일 실시의 형태를 제조하는 방법에 대해 설명한다.
상기 폴리비닐알코올계 편광 필름의 제조는 상기 필름 롤로부터 폴리비닐알코올계 필름을 계속 풀어내어 수평 방향으로 이송하고, 팽윤, 염색, 붕산 가교, 연신, 세정, 건조 등의 공정을 거쳐 실시된다. 이들 공정에 대해 설명한다.
팽윤 공정은 염색공정 전에 실시된다. 팽윤 공정은 통상, 상기 폴리비닐알코올계 필름을 수조 내의 처리액에 침지함으로써 실시된다. 팽윤 공정에 의해, 폴리비닐알코올계 필름 표면의 오염을 세정할 수 있는 것 외에, 폴리비닐알코올계 필름을 팽윤시키는 것으로 염색 얼룩 등을 방지하는 효과도 있다. 상기 처리액으로서는 통상, 물이 사용된다. 이 처리액은, 주성분이 물이면, 요오드화 화합물, 계면활성제 등의 첨가물, 알코올 등이 소량 들어가 있을 수 있다. 그 처리액의 온도는 통상 10∼45℃ 정도이며, 그 처리액으로의 침지 시간은 통상, 0.1∼10분간 정도이다.
염색 공정은 통상, 상기 폴리비닐알코올계 필름을 요오드 또는 이색성 염료를 함유하는 액체에 침지시키는 것에 의해서 실시된다. 그 액체로서는, 통상, 요오드-요오드화 칼륨의 수용액이 사용되며, 요오드의 농도는 0.1∼2g/L, 요오드화 칼륨의 농도는 1∼100g/L가 적당하다. 염색 시간은 30∼500초간 정도가 실용적이다.상기 액체의 온도는 5∼50℃가 바람직하다. 상기 수용액에는 수용매 이외에 물과 상용성이 있는 유기용매를 소량 함유시킬 수도 있다.
붕산 가교 공정은 통상, 상기 폴리비닐알코올계 필름을 붕산이나 붕사 등의 붕소 화합물을 함유하는 액체에 침지하는 것으로써 실시된다. 그 액체는, 수용액 또는 물-유기용매 혼합액이며, 그 액체의 상기 붕소 화합물의 농도는 10∼100g/L 정도이다. 그 액체 중에는 요오드화 칼륨을 공존시키는 것이, 편광 성능의 안정화의 관점에서 바람직하다. 그 액체의 온도는 30∼70℃정도, 그 액체에의 침지 시간은 0.1∼20분간 정도가 바람직하다.
연신 공정은 독립적으로 실시할 수도 있고, 상기 팽윤 공정, 염색공정, 붕산 가교 공정의 적어도 일부의 공정 중으로 실시할 수도 있다. 그리고, 총연신 배율이 1축 방향으로 3∼10배, 바람직하게는 3.5∼6배로 하는 것이 바람직하다. 이 때, 연신 방향의 직각 방향에도 약간의 연신(폭방향의 수축을 방지하는 정도, 또는 그 이상의 연신)을 실시할 수도 있다. 연신 시의, 연신하는 상기 폴리비닐알코올계 필름의 회전의 온도는 40∼170℃가 바람직하다.
세정 공정은, 예를 들면, 물 또는 요오드화 칼륨 등의 요오드화물 수용액에 폴리비닐알코올계 필름을 침지함으로써 실시된다. 세정 공정에 의해, 폴리비닐알코올계 필름의 표면에 발생하는 석출물을 제거할 수 있다. 요오드화 칼륨 수용액을 사용하는 경우의 요오드화 칼륨 농도는 통상, 1∼80g/L 정도이다. 세정 시의 상기 요오드화물 수용액의 온도는 통상, 5∼50℃, 바람직하게는 10∼45℃이다. 상기 물또는 요오드화물 수용액으로의 침지 시간은 통상, 1∼300초간, 바람직하게는 10∼240초간이다. 또한, 물 세정과 요오드화 칼륨 수용액에 의한 세정은, 적절히 조합하여 실시할 수도 있다.
건조 공정은 통상, 상기 폴리비닐알코올계 필름을 대기 중에서 분위기 온도 40∼100℃, 바람직하게는 70∼98℃에서 0.5∼20분간 건조하는 것이 실시된다.
여기서, 제조되는 폴리비닐알코올계 편광 필름의 유리 전이 온도가 높아지도록 제어하는 방법으로서는, (1) 상기 붕산 가교 공정에서, 폴리비닐알코올계 필름을 침지하는 액체의 붕산 농도를 높게 함으로써, 제조되는 폴리비닐알코올계 편광 필름 중의 붕산 함유량을 많이 하는 방법, (2) 폴리비닐알코올계 편광 필름의 가교 밀도를 높이는 방법, (3) 5산화2인 등의 건조제를 사용하여 폴리비닐알코올계 편광 필름의 수분율을 줄이는 방법, (4) 상기 건조 공정에 있어서의 분위기 온도·건조 시간을 조절하는 방법 등을 들 수 있다.
이들 중에서도, 조절의 간편함의 관점에서, 상기 (1), (4) 방법이 바람직하다.
상기 (1) 방법의 경우, 상기 액체의 붕산 농도는 상기 유리 전이 온도를 95℃ 이상으로 하는 관점에서 20∼90g/L가 바람직하고, 내열 내구성과 연신성의 양립의 관점에서, 30∼80g/L로 하는 것이 더욱 바람직하다.
이와 같이 상기 액체의 붕산 농도를 높게 함으로써, 제조되는 폴리비닐알코올계 편광 필름 중의 붕산 함유량을 많이 할 수 있다. 그 붕산 함유량은 20중량% 이상인 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 20∼30중량%, 더욱 바람직하게는 21∼29중량%이다.
그 붕산 함유량이 너무 적으면, 폴리비닐알코올계 편광 필름의 내열 내구성이 불충분해지는 경향이 있고, 너무 많으면, 폴리비닐알코올계 편광 필름의 제조 시에, 제조되는 폴리비닐알코올계 편광 필름이 갈라지기 쉬워지는 경향이 있다.
상기 (4) 방법의 경우, 상기 유리 전이 온도를 95℃ 이상으로 하는 관점에서 건조 공정의 분위기 온도는 50∼99℃가 바람직하고, 내열 내구성의 관점에서 특히 바람직하게는 60∼98℃이며, 건조 시간은 1∼15분간이 바람직하고, 특히 바람직하게는 1.5∼10분간이다.
이 건조 공정에 의해, 폴리비닐알코올계 편광 필름의 수분율을 2.0중량% 이하로 할 수 있다.
이와 같이 하여 유리 전이 온도가 95℃ 이상의 폴리비닐알코올계 편광 필름이 얻어진다.
이 폴리비닐알코올계 편광 필름의 편광도는 바람직하게는 99.9% 이상, 특히 바람직하게는 99.92% 이상이다. 이 편광도가 너무 낮으면, 액정 디스플레이 등의 액정표시장치에 있어서의 콘트라스트를 확보할 수 없게 되는 경향이 있다.
또한, 상기 폴리비닐알코올계 편광 필름의 단체 투과율은 바람직하게는 42% 이상이다. 이 단체 투과율이 너무 낮으면 액정 디스플레이 등의 액정표시장치의 고휘도화를 달성할 수 없게 되는 경향이 있다.
단체 투과율은 분광 광도계를 사용하여 폴리비닐알코올계 편광 필름 단체의 광선 투과율을 측정하여 얻어지는 값이다.
〔편광판의 제조 방법〕
그리고, 얻어진 상기 폴리비닐알코올계 편광 필름의 편면 또는 양면에, 접착제를 통해 광학적으로 등방성인 보호 필름을 첩합함으로써, 적어도 편면에 보호 필름을 구비한 편광판이 얻어진다.
상기 보호 필름으로서는, 예를 들면, 셀룰로오스트리아세테이트, 셀룰로오스 디아세테이트, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 시클로올레핀폴리머, 시클로올레핀코폴리머, 폴리스티렌, 폴리에텔술폰, 폴리아릴렌에스테르, 폴리-4－메치르펜텐, 폴리페닐렌 옥사이드 등의 수지 필름 또는 수지 시트를 들 수 있다.
상기 폴리비닐알코올계 편광 필름과 보호 필름과의 첩합은 공지의 방법에 의해 실시되지만, 예를 들면, 액상의 접착제 조성물을 폴리비닐알코올계 편광 필름, 보호 필름, 또는 그 양쪽 모두에 균일하게 도포한 후, 양자를 첩합하여 압착하고, 가열이나 활성 에너지선을 조사함으로써 실시된다.
상기 편광판은 상기 폴리비닐알코올계 편광 필름의 내열 내구성을 높이는 관점에서 수분율이 2중량% 이하인 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 1.5중량% 이하, 더욱 바람직하게는 1중량% 이하이다. 이 수분율의 하한값은 통상 0.1중량% 이다.
상기 수분율이 너무 높으면, 폴리비닐알코올계 편광 필름의 내열 내구성이 불충분해지는 경향이 있다.
상기 수분율을 낮게 조절하는 방법으로서는, (a) 편광판을 연속적으로 건조 처리하는 방법, (b) 편광판을 일단 권취한 뒤에 고온의 보관고에서 열처리하는 방법, (c) 편광판을 칩 커트한 후에 진공 건조 처리하는 방법 등을 들 수 있다.
이들 중에서도, 폭방향, 길이 방향으로 균일하게 수분율을 조절하기 위해서는, 상기 (a) 방법이 바람직하다.
상기 (a) 방법의 경우, 건조 처리에 있어서의 분위기 온도는 통상, 60∼100℃이며, 광학 특성의 관점에서 70∼95℃가 바람직하다. 또, 건조 시간은 통상, 1∼10분간, 바람직하게는 2∼8분간이다. 이 건조 처리에서 분위기 온도, 건조 시간이 다른 건조 처리를 2단계 이상으로 하는 것이 바람직하고, 또한, 후단의 건조 처리의 분위기 온도를 높게 하는 것이, 편광판의 외관의 관점에서 특히 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들면, 1단째의 건조 처리의 분위기 온도를 60∼80℃로 하고, 2단째의 건조 처리의 분위기 온도를 80℃∼100℃로 하는 것이 바람직하다.
상기 (c) 방법의 경우, 편광판을 칩 커트한 후의 진공 건조 처리로서는 분위기 온도 40∼60℃에서 15분∼36시간 정도 실시하는 것이 바람직하다.
상기 편광판의 편광도는 바람직하게는 99.9% 이상, 특히 바람직하게는 99.92% 이상이다. 이 편광도가 너무 낮으면 액정 디스플레이 등의 액정표시장치에 있어서의 콘트라스트를 확보할 수 없게 되는 경향이 있다.
또한, 편광도는 일반적으로 2매의 편광판을, 그 배향 방향이 동일 방향이 되도록 겹쳐 맞춘 상태에서, 파장 λ에서 측정한 광선 투과율(H11)과 2매의 편광판을, 배향 방향이 서로 직교하는 방향이 되도록 겹쳐 맞춘 상태에서, 파장 λ에서 측정한 광선 투과율(H1)부터, 하기 식에 따라 산출된다.
편광도=〔(H11－H1)/(H11＋H1)〕1/2
또한, 상기 편광판의 단체 투과율은 바람직하게는 42% 이상이다. 이 단체 투과율이 너무 낮으면 액정 디스플레이 등의 액정표시장치의 고휘도화를 달성할 수 없게 되는 경향이 있다.
단체 투과율은 분광 광도계를 사용하여 폴리비닐알코올계 편광판 단체의 광선 투과율을 측정하여 얻어지는 값이다.
〔액정표시장치〕
본 발명의 액정표시장치의 일 실시의 형태는 상기 편광판을 구비하고 있다.
즉, 그 액정표시장치는 상기 편광판과 액정 셀 등의 화상 표시장치가 점착층을 통해 적층된 것이 되고 있다.
상기 액정표시장치에는 필요에 따라, 조명 시스템 등의 구성부품을 추가할 수도 있다.
상기 액정 셀로서는, 예를 들면, TN형, STN형, VA형, IPS형 등을 들 수 있다.
상기 액정표시장치는, 유리 전이 온도가 95℃ 이상의 폴리비닐알코올계 편광 필름을 갖는 상기 편광판을 구비하고 있기 때문에, 95℃ 이상이라는 매우 고온의 조건하에서도 안정적으로 화상을 표시할 수 있다.
〔액정표시장치의 제조 방법〕
상기 액정표시장치에서 편광판을 구성하는 폴리비닐알코올계 편광 필름의 유리 전이 온도가 95℃ 미만의 경우, 다음과 같이 하여, 상기 액정표시장치를 제조할 수 있다.
즉, 유리 전이 온도가 95℃ 미만의 폴리비닐알코올계 편광 필름을 갖는 편광판이면 상기 액정 셀을 점착층을 통해 적층하고, 그 적층체에 대해서, 건조 처리 또는 진공 건조 처리를 실시하는 것으로, 상기 편광판의 폴리비닐알코올계 편광 필름의 유리 전이 온도를 95℃ 이상으로 한다.
이 경우, 상기 건조 처리에 있어서의 분위기 온도는 60∼100℃, 건조 시간은 0.5∼10분간인 것이 바람직하다. 상기 진공 건조 처리에 있어서의 분위기 온도는 50∼80℃, 건조 시간은 10∼120분간인 것이 바람직하다.
또한, 그 진공 건조 처리란 진공(절대압 1kPa 이하)에서의 건조 처리이다.
상기 편광판은 내열 내구성과 편광 성능이 뛰어나 휴대 정보 단말기, PC, 텔레비전, 프로젝터, 사이니지, 전자 탁상 계산기, 전자 시계, 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. 각 물성에 대해서, 다음과 같이 하여 측정을 실시했다.
＜측정 조건＞
(1) 수분율(중량%)
얻어진 편광판을 100mg칭량하여 용량 2㎖ 바이알병에 넣은 후, 무수 에탄올을 더하여 밀전(密栓)하여 60℃ 24시간 가열했다. 그 후, 실온(25℃)까지 냉각하여 미량 수분 측정 장치 CA－200(미츠비시케미칼아날리테크 제조)을 사용하여 편광판의 수분율을 측정했다.
(2) 폴리비닐알코올계 편광 필름의 유리 전이 온도(℃)
얻어진 폴리비닐알코올계 편광 필름을 DSC(TA instruments사 제조 Q2000, 시료 5mg)를 사용하고, －80℃에서 155℃까지 승온 속도 5℃／분으로 승온하여 폴리비닐알코올계 편광 필름의 유리 전이 온도를 측정했다.
(3) 붕산 함유량(중량%)
얻어진 폴리비닐알코올계 편광 필름을 105℃에서 2시간 건조한 후, 100mg을 칭량하여, 물 30㎖를 더한 후, 가열 용해했다. 얻어진 용액을 25℃까지 냉각한 후, 글리세린 5㎖를 더하여 교반하고, 그 후 0.1mol/L 수산화 나트륨 수용액으로 적정하여 하기 식으로 산출했다.
붕산 함유량(중량%)=61.83×0.1×f×V/폴리비닐알코올계 편광 필름의 중량×100
f：0.1mol/L 수산화나트륨 수용액의 팩터
V：적정량(㎖)
(4) 편광도(%), 단체 투과율(%)
얻어진 편광판의 폭방향의 중앙부로부터, 길이 4cm×폭 4cm의 시험편을 잘라, 자동 편광 필름 측정 장치(자스코 코퍼레이션 제조：VAP7070)를 사용하여 편광도(%)와 단체 투과율(%)을 측정했다.
(5) 내열 내구 시험
얻어진 편광판 양면을 유리로 끼워 105℃의 건조기에 투입했다. 150시간 후에 외관을 육안으로 관찰하여 하기와 같은 기준에 의해 평가했다.
(평가 기준)
○···전혀 변색이 없었다
△···희미하게 변색이 있었다
×···분명히 변색이 있었다
＜실시예 1＞
(폴리비닐알코올계 편광 필름 및 편광판의 제작)
막 두께 45㎛의 폴리비닐알코올계 필름을 필름 롤로부터 계속 풀어내어 수평 방향으로 반송하면서, 수온 25℃의 물이 들어간 수조에 침지하여 팽윤시키면서 흐름 방향(MD)으로 1.7배로 연신했다. 이어서, 요오드 1.2g/L, 요오드화 칼륨 30 g/L로 이루어진 30℃의 수용액중에 침지하여 염색하면서 흐름 방향(MD)으로 1.6배로 연신하고, 이어서, 붕산 50g/L, 요오드화 칼륨 30g/L의 조성의 수용액(55℃)에 침지하여 붕산 가교하면서 흐름 방향(MD)으로 2.1배로 1축 연신했다. 그리고, 요오드화 칼륨 수용액으로 세정을 실시하고, 분위기 온도 60℃에서 2분간 건조하여 총연신 배율 5.7배의 폴리비닐알코올계 편광 필름을 얻었다. 얻어진 폴리비닐알코올계 편광 필름의 특성을 표 1에 나타낸다.
계속하여, 얻어진 폴리비닐알코올계 편광 필름의 양면에 폴리비닐알코올 수용액을 접착제로서 사용하고, 막 두께 40㎛의 트리아세틸셀룰로오스필름을 첩합하고, 분위기 온도 95℃에서 2분간 건조하여 단체 투과율 42.8%, 편광도 99.95%의 편광판을 얻었다. 폴리비닐알코올계 편광 필름과 편광판의 특성은 표 1에 나타내는 바와 같다.
＜실시예 2＞
막 두께 45㎛의 폴리비닐알코올계 필름을 필름 롤로부터 계속 풀어내어 수평 방향으로 반송하면서, 수온 25℃의 물이 들어간 수조에 침지하여 팽윤시키면서 흐름 방향(MD)으로 1.7배로 연신했다. 이어서, 요오드 1.2g/L, 요오드화 칼륨 30g/L으로 이루어진 30℃의 수용액 중에 침지하여 염색하면서 흐름 방향(MD)으로 1.6배로 연신하고, 이어서, 붕산 50g/L, 요오드화 칼륨 30g/L의 조성의 수용액(55℃)에 침지하여 붕산 가교하면서 흐름 방향(MD)으로 2.2배로 1축 연신했다. 그리고, 요오드화 칼륨 수용액으로 세정을 실시하고, 분위기 온도 60℃에서 2분간 건조하여 총연신 배율 6.0배의 폴리비닐알코올계 편광 필름을 얻었다. 얻어진 폴리비닐알코올계 편광 필름의 특성을 표 1에 나타낸다.
계속하여, 얻어진 폴리비닐알코올계 편광 필름의 양면에, 폴리비닐알코올 수용액을 접착제로서 사용하고, 막 두께 40㎛의 트리아세틸셀룰로오스필름을 첩합하여 분위기 온도 80℃에서 5분간 건조하고, 다시 계속하여 분위기 온도 95℃에서 1분간 건조하여 단체 투과율 42.9%, 편광도 99.96%의 편광판을 얻었다. 폴리비닐알코올계 편광 필름과 편광판의 특성은 표 1에 나타내는 바와 같다.
＜실시예 3＞
트리아세틸셀룰로오스필름을 첩합한 후의 건조를, 분위기 온도 80℃에서 2분간으로 한 것 이외는 실시예 2와 동일하게 실시하여 폴리비닐알코올계 편광판을 얻었다.
얻어진 편광판의 편면에 점착층을 설치한 후, 칩 커트를 실시하고 길이 10cm×폭 5cm의 편광판 칩으로 했다. 그 편광판 칩을 분위기 온도 40℃에서 16시간 진공 건조를 실시했다. 얻어진 편광판의 특성은 표 1에 나타내는 바와 같다.
＜비교예 1＞
실시예 2에에서 트리아세틸셀룰로오스 필름을 첩합한 후의 건조를, 분위기 온도 80℃에서 2분간으로 한 것 이외는 실시예 2와 동일하게 실시하여 편광판을 얻었다. 폴리비닐알코올계 편광 필름과 편광판의 특성은 표 1에 나타내는 바와 같다.
실시예 1∼3의 편광판은 함유하는 폴리비닐알코올계 편광 필름의 유리 전이 온도가 통상보다 높은 95℃ 이상인 것으로부터 내열시험 시에 전혀 변색이 없고, 내열성이 뛰어난 것을 알 수 있다.
한편, 비교예 1의 편광판은 함유하는 폴리비닐알코올계 편광 필름의 유리 전이 온도가 95℃ 미만이기 때문에, 내열시험 시에 변색이 발생해 버리는 것을 알 수 있다.
＜실시예 4＞
실시예 1에서 얻어진 편광 필름의 양면에, 폴리비닐알코올 수용액을 접착제로서 사용하고, 막 두께 40㎛의 트리아세틸셀룰로오스 필름을 첩합하고, 분위기 온도 80℃에서 2분간 건조하여 단체 투과율 42.8%, 편광도 99.94%의 편광판을 얻었다.
얻어진 편광판의 편면에 점착층을 설치한 후, 액정표시장치에 첩합하고, 이들 편광판과 액정표시장치와의 적층체를 형성했다. 계속하여 그 적층체를, 진공 건조기를 사용하여 분위기 온도 60℃에서 45분간 진공 건조했다. 그 후, 상기 적층체의 편광판상에 유리 기판을 첩합하고, 분위기 온도 105℃의 건조기 중에서 150시간, 내열 내구 시험을 실시했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
또, 별도 제작한 진공 건조 처리 후의 상기 적층체로부터 편광판을 박리하고, 수분율, 유리 전이 온도를 측정한바, 수분율은 2.0중량%, 편광 필름의 유리 전이 온도는 98℃이었다.
＜실시예 5＞
실시예 4에서 얻어진 상기 적층체를, 진공 건조기를 사용하여 분위기 온도 70℃에서 60분간 진공 건조했다. 그 후, 상기 적층체의 편광판상에 유리 기판을 첩합하고, 분위기 온도 105℃의 건조기 중에서 150시간, 내열 내구 시험을 실시했다.결과를 표 2에 나타낸다.
또 별도 제작한 진공 건조 처리 후의 상기 적층체로부터 편광판을 박리하고, 수분율, 유리 전이 온도를 측정한 바, 수분율은 0.9중량%, 편광 필름의 유리 전이 온도는 114℃였다.
＜비교예 2＞
실시예 4에서 얻어진 상기 적층체를, 진공 건조기를 사용하여 분위기 온도 70℃에서 15분간 진공 건조했다. 그 후, 상기 적층체의 편광판상에 유리 기판을 첩합하고, 분위기 온도 105℃의 건조기 중에서 150시간, 내열 내구 시험을 실시했다.결과를 표 2에 나타낸다.
또 별도 제작한 진공 건조 처리 후의 상기 적층체로부터 편광판을 박리하고, 수분율, 유리 전이 온도를 측정한바, 수분율은 2.3중량%, 편광 필름의 유리 전이 온도는 93℃이었다.
상기 실시예 4, 5 및 비교예 2에 있어서의 상기 적층체의 내열 내구성 시험의 평가 기준은 이하와 같다.
(평가 기준)
○···전혀 변색이 없었다
△···희미하게 변색이 있었다
×···분명히 변색이 있었다
실시예 4, 5에서는, 편광판 속의 폴리비닐알코올계 편광 필름의 유리 전이 온도가 95℃ 이상인 것으로부터 그 편광판을 사용한 상기 적층체는, 내열시험 시에 전혀 변색이 없고, 내열성이 뛰어난 것을 알 수 있다.
한편, 비교예 2에서는, 편광판속의 폴리비닐알코올계 편광 필름의 유리 전이 온도가 95℃ 미만인 것으로부터, 그 편광판을 사용한 상기 적층체는, 내열시험 시에 변색이 발생해 버리는 것을 알 수 있다.
상기 실시예에서는 본 발명에 있어서의 구체적인 형태에 대해 나타냈지만, 상기 실시예는 단순한 예시에 지나지 않으며, 한정적으로 해석되는 것은 아니다. 당업자에게 분명한 여러가지 변형은, 본 발명의 범위 내인 것이 기도되고 있다.
본 발명의 편광판은 내열 내구성과 편광 성능에 균형있게 뛰어나며, 각종 액정표시장치 및 높은 내구성과 편광 성능이 필요해지는 차재 용도, 각종 환경에서 요구되는 공업 계기류의 표시 용도 등에 바람직하게 사용된다.
Claims (6)
- 폴리비닐알코올계 편광 필름과, 이 폴리비닐알코올계 편광 필름의 적어도 편 면에 설치된, 셀룰로오스트리아세테이트로 이루어진 보호 필름을 구비하고 있는 편광판에 있어서, 상기 폴리비닐알코올계 편광 필름의 유리 전이 온도가 95℃ 이상이고, 상기 폴리비닐알코올계 편광 필름의 붕산 함유율이 20중량% 이상이고, 상기 편광판의 수분율이 0.1~0.9 중량%인 것을 특징으로 하는 편광판.
- 삭제
- 청구항 1에 기재된 편광판과 화상 표시장치가 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 청구항 3에 기재된 액정표시장치의 제조 방법에 있어서, 유리 전이 온도가 95℃ 미만인 폴리비닐알코올계 편광 필름을 갖는 편광판과 화상 표시장치와의 적층체에 대해서 건조 처리를 실시하는 것으로, 상기 편광판을 구성하는 폴리비닐알코올계 편광 필름의 유리 전이 온도를 95℃ 이상으로 제어하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조 방법.
- 삭제
- 삭제
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