KR20040046343A

KR20040046343A - 디스플레이 패널용 투명필름의 제조방법

Info

Publication number: KR20040046343A
Application number: KR1020020074249A
Authority: KR
Inventors: 이기호; 김성태; 김인선
Original assignee: (주)아이컴포넌트
Priority date: 2002-11-27
Filing date: 2002-11-27
Publication date: 2004-06-05

Abstract

본 발명은 디스플레이 패널로 사용되는 투명필름의 제조방법에 관한 것으로서, (a) 광투과성 고분자 수지를 압출기에서 용융시키는 단계; (b) 상기 용융된 고분자 수지를 다이를 통하여 소정 두께와 폭을 갖는 필름으로 압출하는 단계; (c) 상기 압출된 필름을 어닐링(annealing)하며 냉각시키는 단계; 및 (d) 상기 냉각된 필름에 열처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 제조방법은 친환경적이고 연속식 공정에 적용될 수 있어 생산성이 높을 뿐만 아니라, 후공정에 의한 열처리에 의하여 다른 물성의 저하 없이 투명필름의 광학적 이방성 위상차를 크게 줄일 수 있으므로, 본 발명에 의해 제조된 투명필름은 디스플레이 패널용으로 유용하게 사용될 수 있다.

Description

디스플레이 패널용 투명필름의 제조방법{A manufacturing method of transparent film for display panel}

본 발명은 각종 디스플레이 패널로 사용되는 투명필름의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연속식 공정이어서 생산성이 높고 친환경적일 뿐만 아니라 다른 물성의 저하 없이 필름의 광학적 이방성 위상차를 크게 줄일 수 있는, 디스플레이 패널용으로 유용한 투명필름의 제조방법에 관한 것이다.

디스플레이 패널은 전자계산기, 전자시계, 자동차 네비게이션, 사무자동화 기기, 휴대전화, 노트북 컴퓨터 및 정보통신 단말기 등의 표시장치에 널리 사용되고 있는데, 예를 들어 액정표시장치는 내부에 투명전극과 배향막을 형성시켜 대향시킨 상부 패널 및 하부 패널 사이에 액정이 주입된 구조로 되어 있다.

종래에는 이와 같은 디스플레이 패널은 유리로 이루어진 패널을 사용하였다. 그러나, 유리패널은 투명성을 좋으나 유리의 특성상 내충격성이 부족하여 충격에 쉽게 파손되며 박형화하는데 한계가 있을 뿐만 아니라, 단위 부피당 무게가 커서 경량화하는데 한계가 있다. 따라서, 최근에는 내충격성이 우수하고 경량화가 가능한 플라스틱 투명필름으로 이루어진 패널이 유리패널을 점차 대체하고 있다.

이와 같은 디스플레이 패널용 투명필름은 광학특성이 우수한 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리에테르술폰(polyethersulfone, PES), 폴리아릴레이트(polyarylate, PAR), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylene naphthalate, PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 사이클로올레핀 코폴리머(cycloolefin copolymer) 등의 열가소성 고분자 수지와 에폭시, 불포화 폴리에스터 등의 열경화성 고분자 수지로 제조될 수 있다.

투명하며 열가소성 고분자 수지를 이용하여 디스플레이용 필름을 제조하는 방법으로는 용매 캐스팅법, 블로우 성형법, 용융압출법 등이 있으나, 주로 용매 캐스팅법을 사용하고 있다.

용매 캐스팅법은 고분자 수지를 용매에 녹여 용액으로 제조한 후, 캐스터에 적용하고 용매를 증발시켜 필름이나 쉬트를 만드는 배치 공정식 방법으로서, 이 방법은 공정상 다량의 용매를 사용한 후 증발시켜야 하는 공정상의 번거로움이 있을 뿐만 아니라, 증발시킨 용매에 의해 환경오염이 발생하는 문제가 있다. 또한 배치공정에 의한 방법이므로 생산성이 높지 않아 생산단가가 매우 높은 단점이 있다.

따라서, 압출기에 T-다이, 코트행거다이 등의 다이를 장착하여 용융된 광투과성 고분자 수지를 쉬트(필름)상으로 압출한 다음, 롤러를 통과시켜 어닐링을 하며 냉각시키는 용융압출법이 선호되고 있다. 이 방법은 용매캐스팅법의 단점으로 지적되는 용매를 제거하기 위한 공정상의 번거로움이나 용매에 의한 환경오염 문제가 없으며 연속공정으로 제조할 수 있어, 생산 단가를 획기적으로 낮출 수 있다.

그러나, 통상의 용융압출법에 의해 제조된 투명필름은 광학적 이방성 위상차가 커서 디스플레이 패널로서의 성능이 떨어지는데, 이는 압출시 다이 내부에서 수지용융물에 전단응력이 작용하며, 어닐링을 위한 롤러를 통과할 때에도 롤러의 인발에 의해 연신배향이 일어남으로서 복굴절율이 커지기 때문이다. 특히, 편광판 사이에서 주로 사용되는 디스플레이 패널용 필름의 성능은 이러한 광학적 이방성 위상차에 의해 크게 좌우되므로, 이를 최소화하는 것은 매우 중요하다.

따라서, 이와 같은 용융압출법의 단점을 극복하여 광학적 이방성 위상차를 최소화시킨 디스플레이 패널용 투명필름의 제조방법에 대한 개발이 절실하다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 문제점을 해결하기 위하여 친환경적이고 연속식 공정에 적용될 수 있어 생산성이 높을 뿐만 아니라 다른 물성의 저하 없이 필름의 광학적 이방성 위상차를 크게 줄일 수 있는, 디스플레이 패널용으로 유용한 투명필름의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명은 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, a) 광투과성 고분자 수지를 압출기에서 용융시키는 단계; (b) 상기 용융된 고분자 수지를 다이를 통하여 소정 두께와 폭을 갖는 필름으로 압출하는 단계; (c) 상기 압출된 필름을 어닐링(annealing)하며 냉각시키는 단계; 및 (d) 상기 냉각된 필름에 열처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널용 투명필름의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 제조방법에 있어서, (d)단계는 NIR(Near Infrared) 조사, 전기히터 또는 열풍에 의한 가열에 의하여 필름의 표면온도가 고분자 수지의 Tg 보다 10 ~ 90℃ 낮게 되도록 하는 것이 바람직하다.

이하에서는 본 발명에 따른 디스플레이 패널용 투명필름의 제조방법에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

통상의 용융압출법에 의해 제조된 투명필름은 광학적 이방성 위상차가 커서 디스플레이 패널로서의 성능이 불량하게 된다. 이는 압출시 다이 내부에서 수지용융물에 전단응력이 작용하며, 어닐링을 위한 롤러를 통과할 때에도 롤러의 인발에 의해 연신배향이 일어남으로서 복굴절율이 커지기 때문이다. 특히, 투명필름을 어닐링을 위하여 소정 온도의 롤러와 접촉시켜 통과시킬 때, 롤러 온도가 낮으면 연신배향이 일어나고 롤러 온도가 너무 높으면 냉각롤 상에서 미세한 냉각 주름이 발생하여 광학적인 불균일성이 생기게 된다. 롤러의 특성상, 필름의 이러한 광학적 불균일성을 제거할 수 있을 정도로 어닐링 분위기를 정확하게 조절하는 것은 쉽지 않다.

본 발명에서는 용융압출법으로 제조된 투명필름에 NIR(Near Infrared)을 조사하는 등의 열처리하는 연속적인 후공정을 추가적으로 채택하므로서, 이와 같은 문제점을 해결하였다. 즉, 열선인 NIR(대략 800 ~ 1300nm)을 조사하거나 전기히터 등을 이용하여 필름에 열처리하면 순간적으로 필름 내부의 온도가 상승하게 되는데, 이로 인해 필름 내부에 내재된 응력이 완화되며, 필름의 투명성이나 두께 균일도 등의 물성에 영향이 없이 필름의 광학적 이방성 위상차는 최소화된다. 열처리온도는 필름 표면과 NIR 램프, 전기히터 등의 열원과의 간격, 열원의 온도, 라인의 속도 등을 변화시키므로서 손쉽게 조절이 가능하며, 이러한 후공정은 종래의 용융압출 공정에 쉽게 적용할 수 있어 연속적인 공정으로 투명필름을 양산할 수 있다.

본 발명의 디스플레이 패널용 투명필름의 제조방법을 폴리에테르술폰을 원료물질로서 예를 들어 상세히 설명하면 다음과 같으며, 이러한 제조방법은 연속적인 공정으로 가능하다.

먼저, 칩 상태의 폴리에테르술폰 고분자 수지를 건조시킨 후 압출기에서 용융시킨 다음, 압출기에 장착된 T-다이 등을 통하여 소정 두께(예를 들어 100 ~ 1000㎛)와 적절한 폭을 갖는 필름으로 압출한다. 폴리에테르술폰 대신 광투과성 고분자 수지로서 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리아릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 사이클로올레핀 코폴리머 등을 사용할 수 있음은 물론이다.

이어서, 압출된 폴리에테르술폰 필름을 어닐링(annealing)하며 냉각시키는데, 어닐링은 130 ~ 200℃의 제1 롤러, 130 ~ 200℃의 제2 롤러 및 180 ~ 240℃의 제3 롤러를 순차적으로 통과시키는 것이 바람직하다. 실험 결과, 필름의 원료 수지의 T_g이상의 온도인 제3차 롤러를 선택적으로 통과시키면 광학적 이방성 위상차가 더욱 감소하는 것을 확인하였다.

그런 다음, 어닐링 공정을 통과하여 거의 상온으로 냉각된 폴리에테르술폰 필름에 NIR(Near Infrared) 조사하거나, 전기히터 또는 열풍을 이용하여 열처리한다. 열처리 온도는 필름의 표면온도가 고분자 수지의 T_g보다 10 ~ 90℃ 낮게 되도록 조절하는 것이 바람직한데, 필름의 표면온도를 이러한 온도 범위로 조절할 때 필름에 냉각주름이 발생되지 않으면서도 필름의 광학적 이방성 위상차를 가장 최소화할 수 있다.

이와 같이 제조된 디스플레이 패널용 투명필름은 광학적 이방성 위상차가 작아 디스플레이용 광학 필름으로서의 성질을 만족시킬 뿐만 아니라, 표면 평활도, 기계적 강도, 두께 편차, 광 투과율 등의 물리적 성질을 그대로 유지한다. 특히 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 100-500㎛ 두께의 폴리에테르술폰 필름은 빛 투과율 90% 이상, 위상차 15nm 이하, 두께 편차 1% 이하의 우수한 광학적, 물리적 특성을 나타냈으며, 폴리카보네이트 필름 또한 동일한 효과를 나타냈다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되어 지는 것이다.

실시예 1

폴리에테르술폰 수지 칩을 건조시킨 후 압출기에 투입하여 417℃로 가열하여 용융시킨 다음, 압출기에 장착된 T-다이를 통하여 두께 200㎛, 폭 1450mm인 필름으로 압출하였다. 이어서, 압출된 필름을 143℃, 165℃ 및 195℃의 온도로 각각 유지되는 제1 롤러, 제2 롤러 및 제3 롤러에 50mm/s의 속도로 순차적으로 통과시켰다.

그런 다음, 롤러를 통과한 필름은 제3 롤러와 소정 간격으로 이격(NIR 램프 통과 직전의 필름 표면온도는 약 40℃임)되어 설치된 NIR(Near Infrared) 램프 아래(필름과 램프의 사이간격은 50mm임)로 통과시켜 NIR을 조사하므로서 폴리에테르술폰 투명필름을 제조하였다.

실시예 2 ~ 4

폴리에테르술폰 필름의 제조조건을 하기 표 1에 기재된 바와 같이 변화시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.

비교예 1

NIR을 조사하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.

실시예 5

폴리카보네이트 수지 칩을 건조시킨 후 압출기에 투입하여 307℃로 가열하여 용융시킨 다음, 압출기에 장착된 T-다이를 통하여 두께 250㎛, 폭 1450mm인 필름으로 압출하였다. 이어서, 압출된 필름을 123℃, 125℃ 및 145℃의 온도로 각각 유지되는 제1 롤러, 제2 롤러 및 제3 롤러에 순차적으로 통과시켰다.

그런 다음, 롤러를 통과한 필름은 제3 롤러와 소정 간격으로 이격되어 설치된 전기히터 아래(필름과 전기히터의 사이간격은 30mm임)로 통과시키면서 15초간 열처리하여 폴리카보네이트 투명필름을 제조하였다.

실시예 6 ~ 8

폴리카보네이트 투명필름의 제조조건을 하기 표 2에 기재된 바와 같이 변화시킨 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 제조하였다.

비교예 2

NIR을 조사하지 않은 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 제조하였다.

전술한 방법으로 제조한 필름의 광 투과율과 광학적 이방성 위상차를 측정하여 하기 표 1 및 표 2에 나타냈다. 광학적 이방성 위상차는 PCT-2000 자동 복굴절율 측정기(독일 인스트루먼트 시스템사)를 이용하여 633nm에서 측정하였으며, 광 투과율은 UV-VIS 스펙트로포토메터(HP, Agilent8453)으로 측정하였다.

	NIR 램프와 필름간 거리(mm)	라인속도(mm/s)	필름표면온도(℃)	위상차 값(nm)	광 투과율(%)
실시예 1	50	50	93	15	90.3
실시예 2	50	16	120	12	90.3
실시예 3	40	33	143	10	90.2
실시예 4	40	16	155	7	90.3
비교예 1	-	50	-	18	90.3

	NIR 램프와 필름간 거리(mm)	처리시간(sec)	필름표면온도(℃)	위상차 값(nm)	광 투과율(%)
실시예 5	30	15	93	18	90.3
실시예 6	30	20	110	15	90.3
실시예 7	20	15	125	12	90.2
실시예 8	20	20	143	10	90.3
비교예 2	-	-	-	20	90.3

표 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 제조방법에 따른 열처리 후공정을 실시하지 않은 비교예에 따른 투명필름의 위상차 값에 비하여, 열처리 후공정을 실시한실시예에 따른 투명필름의 위상차 값이 줄어들었음을 알 수 있다. 특히, 필름표면온도가 고분자 수지의 T_g온도에 가까울수록 그 필름의 위상차 값은 더욱 최소화되었다. 한편, 본 발명에 따라 열처리한 투명필름의 광 투과율은 변화되지 않았으며, 표 1과 2에는 기재하지는 않았으나, 다른 물리적 성질도 저하되지 않았다.

이와 같이, 본 발명에 따른 제조방법은 친환경적이고 연속식 공정에 적용될 수 있어 생산성이 높을 뿐만 아니라, 열처리에 의한 후공정을 통하여 다른 물성의 저하 없이 투명필름의 광학적 이방성 위상차를 크게 줄일 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법에 의해 제조된 투명필름은 빛 투과율이 우수하면서도 광학적 이방성 위상차가 작아 광학 필름으로서의 성질을 모두 만족시키므로 디스플레이 패널용으로 유용하게 사용될 수 있다.

Claims

(a) 광투과성 고분자 수지를 압출기에서 용융시키는 단계;

(b) 상기 용융된 고분자 수지를 다이를 통하여 소정 두께와 폭을 갖는 필름으로 압출하는 단계;

(c) 상기 압출된 필름을 어닐링(annealing)하며 냉각시키는 단계; 및

(d) 상기 냉각된 필름에 열처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널용 투명필름의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 광투과성 고분자 수지는 폴리에테르술폰, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리아릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 및 사이클로올레핀 코폴리머로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널용 투명필름의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 (d)단계는 NIR(Near Infrared) 조사, 전기히터 또는 열풍에 의한 가열에 의하여 필름의 표면온도가 고분자 수지의 T_g보다 10 ~ 90℃ 낮게 되도록 하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널용 투명필름의 제조방법.