KR20060089601A - 편광 필름과 그의 제조 방법, 및 이를 이용한 광학 부품 - Google Patents

편광 필름과 그의 제조 방법, 및 이를 이용한 광학 부품 Download PDF

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KR20060089601A
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춘-시웅 첸
데-호우 리우
야오-충 쳉
리앙-파오 창
타이-왕 라이
보르-핑 왕
슈-후에이 야오
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옵티맥스 테크놀러지 코포레이션
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Abstract

본 발명은 높은 편광도와 높은 투과도를 갖는 편광 필름 - 여기서, 상기 편광 필름은 일축 다단계 건식-연신(stretch) 공정에 적용되고, 이후 수중 세척 탱크에서 팽창 공정을 수행하고, 수성 요오드 함유 용액을 포함하는 염색-가교 탱크에서 교차-염색한 다음, PVA 가교제를 포함하는 연신 탱크(05)에서 후-연신 공정에 적용되는 것에 의하여 수득되면, 적어도 43% 투과도와 적어도 98% 편광도를 가짐 - ; 및 그의 제조 방법, 이로부터 제조된 편광판과 광학 부품(component)을 제공한다.
편광 필름, 교차-염색, 연신 공정

Description

편광 필름과 그의 제조 방법, 및 이를 이용한 광학 부품{POLARIZING FILM AND PRODUCING METHOD THEREOF, AND OPTICAL COMPONENT USING THE SAME}
도 1은 본 발명에 의한 편광 필름 제조 방법을 보여주는 작업 공정도이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
01 : 원 PVA 필름 포장 제거(wrapping off)
02 : 일축 다단계 건식-연신
03 : 수중-세척 탱크
04 : 교차-염색 탱크
05 : 연신 탱크
06 : 오븐 건조
07 : 포장(wrapping up)
본 발명은 액정 디스플레이 장치와 그의 제조 방법, 보다 상세하게는 높은 편광도와 높은 투과율을 가진 편광 필름과 그의 제조 방법, 및 이로부터 제조된 편광판과 광학 부품에 관한 것이다.
액정 디스플레이 장치는 탁상용 계산기, 전자 시계, 개인용 컴퓨터, 워드프로세서, 텔레비전, 자동차 및 기계 등의 디스플레이 장치로서 폭넓게 사용되고 있고, 그 중에서도 편광판과 편광 필름은 액정 디스플레이 장치에서 가장 중요한 두 가지 구성성분이다.
통상적인 편광판들은 양면에 요오드 또는 이색성의 염료로 염색되고 배향한, 적층된 트리아세틸 셀룰로오스 보호 필름을 갖는 폴리비닐 알코올(PVA)계 필름 (편광 필름으로서)으로 만들어 졌다. 그 제조 방법은 우수한 광 투과도를 가진 폴리비닐 알코올(PVA)과 이의 유도체 성분을 사용하는 것이며, 이색성 염료들(요오드 계 또는 염료 계 및 그와 유사한 것)을 염색하여, 요오드 이온들 또는 염료가 폴리비닐 알코올의 내부층들로 확산되도록 하고, 약간 가열 한 후-연신(stretch) 공정을 사용한 방법이다. 그러나 폴리비닐 알코올계 필름의 습식-연신의 경우, 공정의 안정성을 얻기 어려운데, 이는 PVA 분자의 알코올 기와 물 사이에 수소결합이 형성되어, PVA 분자간의 수소결합을 끊기 때문에, 불균일한 연신이 이루어지는 것이다.
상기 문제점과 관련하여, 높은 편광도와 높은 투과도를 가진 필름을 제조하 는 방법이 일본국 특허공개 평 8-240715에 개시되어 있으며, 이러한 방법은 폴리비닐 알코올계 필름을 일축(monoaxial) 건식-연신 공정에 적용하고, 그런 다음 요오드 등으로 염색하고 배향한 후, 70~85℃ 수성 붕산 용액에 담금(immersion) 처리를 수행하는 방법이다. 또한, 개선된 방법이 일본국 특허공개 평 10-288709에 개시되어 있으며, 이러한 방법은 폴리비닐 알코올계 필름이 착색되어 지기 위해 일축 건식-연신 공정에 적용되고, 그런 다음 붕소 화합물에서 1.5배 또는 그 이상 연신되는 방법이디. 또한, 일본국 특허공개 평 11-49878에는, 폴리비닐 알코올계 필름이 염색되어 지기 위해 일축 건식-연신 공정에 적용되고, 그런 다음 수성 붕소 용액에 담그는 동안 1.1~1.8배 연신되는 방법이 개시되어 있다. 또한, 일본국 특허공개 평 14-182035에는, 폴리비닐 알코올계 필름이 일축 건식-연신 공정에 적용되며, 그 이후에 요오드 또는 이색성 염료를 포함한 수성 용액에 릴리즈(release)되고, 이후 릴리즈된 필름은 PVA 가교제를 포함한 수성 용액에서 연신되는 방법이 개시되어 있다.
상기 종래 기술의 내용을 검토해보면, 일본국 특허공개 평 8-240715에 개시된 방법에 의해 높은 편광도의 필름을 얻기 쉽지 않고; 편광도 특성을 높이기 위하여, 화합물을 포함한 붕소 수조에서의 공정 동안 연신비(stretch ratio)가 증가할 때 필름이 깨지기 쉬운 잠재적인 문제점은, 일본국 특허공개 평 10-288709와 평 11-49878 특허 양쪽 모두에 개시된 방법에서 나타나고 있으며; 일본국 특허공개 평 14-182035에 기재된 방법에서는 비록, 높은 편광도와 높은 투과도의 편광 필름을 얻을 수 있지만, 최적의 광학적 성질의 조성(promotion)은 폴리비닐 알코올계 필름 내 가소제의 불완전 세척으로 인해 얻을 수 없다.
따라서, 높은 편광도와 높은 투과도를 가진 편광 필름은 당업자들에 의해 여전히 광범위하게 요구된다.
본 발명의 목적은 편광 필름을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 높은 편광도와 높은 투과도를 갖는 편광 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 편광 필름으로 제조된 광학 부품 및 편광판의 사용 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 편광 필름은 일축 다단계 건식-연신 공정을 적용하고, 그 후에 수성 요오드 함유 용액을 포함하는 염색-가교(dyeing-crosslinking) 탱크에서 교차-염색한 다음, PVA 가교제를 포함하는 연신 탱크(05)에서 연신 공정에 적용되는 것에 의해 폴리비닐 알코올(PVA)계 필름으로 만들어 진다. 따라서, 적어도 43%의 투과도와 적어도 98%의 편광도를 가진 편광 필름이 수득된다.
본 발명은 폴리비닐 알코올(PVA)계 필름을 일축 다단계 건식-연신 공정에 적용하는 단계; 수중 세척 탱크에서 가소제를 세척하고 스트레스(stress)를 이완(release)하기 위해 연신된 필름을 세척하는 단계; 수성 요오드 함유 용액에서 교차-염색 공정을 수행하는 단계; 및 PVA 가교제를 포함하는 교차-염색 탱크(04)에서 후-연신 공정을 수행하는 단계를 포함하는 높은 편광도와 높은 투과도를 갖는 편광 필름의 제조 방법을 개시한다.
상기 내용에서, 폴리비닐 알코올(PVA)계 필름이 일축 다단계 건식-연신 공정에 적용될 때, 먼저 수중 세척 탱크에서 팽창되고 가소제는 세척되며; 건식-연신 공정에서 유발된 스트레스는 이 공정에서 이완되고, 필름의 폭은 감소되고 큰 분자들 사이의 거리는 따라서 감소하게 되며; 이후, 요오드와 PVA 가교제를 포함하는 교차-염색 탱크(04)에서 교차-염색되며, 수득된 필름은 PVA 가교제를 포함하는 연신 탱크(05)에서 연신 공정에 적용되고, 따라서 높은 편광도와 높은 투과도를 가진 편광 필름이 본 발명의 목적을 달성하기 위해 수득된다.
상기 언급한 PVA 가교제는 붕산(boric acid), 붕사(borax), 글리옥살(glyoxal) 및 글루타르알데하이드(glutaraldehyde)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1개의 화합물이다.
본 발명에 따른 편광 필름으로 만들어진 편광판은 본 방법에 의해 제조된 편광 필름의 적어도 한 면에 보호 필름을 부착하는 것에 의해 만들어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 편광 필름으로 만들어진 광학 부품은 본 방법에 의해 제조된 편광 필름에 반사판 또는 반투명 반사판을 적층하는 것에 의해 만들어지는 것을 특징으로 한다. 상기에서, 광학 부품은 광학 보상 필름을 적층하는 것에 의해 만들어지는 것을 특징으로 한다. 상기에서, 광학 부품은 휘도를 강화한 필름(brightness enhancing film)을 적층하는 것에 의해 만들어지는 것을 특징으로 한다. 상기에서, 광학 부품은 액정 디스플레이 장치에 유용하고, 액정 장치의 적어도 한 면에 본 방 법으로 제조된 편광 필름이 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 2,400 중합도를 가진 폴리비닐 알코올(PVA)계 필름을 일축 다단계 건식-연신 공정에 적용하는 단계; 수중 세척 탱크에서 가소제를 세척하고 스트레스를 이완하기 위하여 연신된 필름을 세척하는 단계; 수성 요오드 함유 용액을 포함하는 교차-염색 탱크(04)에서 교차-염색 공정을 수행하는 단계 및 PVA 가교제를 포함하는 교차-염색 탱크(04)에서 습식-연신 공정을 수행하는 단계를 포함하는, 높은 편광도와 높은 투과도의 편광 필름을 제조하기 위한 방법을 개시한다.
본 발명의 방법은 두께가 5~150㎛ 폴리비닐 알코올(PVA)계 필름을, 일축 다단계 건식-연신 공정에 사용되는 방법으로, 이 공정에서 온도 범위가 25~130℃이고 건식-연신비가 1.5배 또는 그 이상, 바람직하게는 2~3배인, 및 염색 습식-연신 공정에서, 습식-연신비가 1.5배 또는 그 이상, 바람직하게는 2~3배이고, 건식-연신의 비에 대한 습식-연신의 비가 0.5~1.5, 바람직하게는 0.9~1.1이고, 총 연신도는 6.5배 이하, 바람직하게는 4.0~6.5배이다.
본 발명의 방법은 10~80℃ 범위에서 공정 온도가 조절되는 동안, 물 100 중량부에 대하여, 요오드 0.05~10 중량부, PVA 가교제 0.05~2.5 중량부를 포함하는 수성 요오드 함유 용액을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 방법은 온도 범위가 25~130℃이고, 물 100 중량부에 대하여, PVA 가교제 0.1~3.5 중량부를 포함하는, PVA 가교제를 함유하는 연신 탱크(05)를 사용 하는 것이 바람직하다. PVA 가교제는 붕소 화합물이 바람직하다.
실시예
실시예와 비교예는 본 발명의 기술적인 내용들과 특징들은 구체적으로 잘 설명하고 있다. 그러나 본 발명은 그것에 의해 한정되지 않는다.
실시예 1
2,400 중합도와 75㎛ 두께를 가진 폴리 알코올(PVA)계 필름(상품명: VF-PS, 쿠라레 제)을 120℃로 가열된 오븐에서 2.5배로 일축으로 삼단계 연신하였다. 이후 3분 동안 30℃ 수중 세척 탱크에서 팽창 공정에 적용하고, 33℃에서 교차-염색 수조(농도: 0.05 중량%)에서 교차-염색하였다. 이후, 상기 필름을 PVA 가교제를 포함하는 연신 탱크(05)에서 2.5배로 습식 연신하여, 5분 동안 담가 두었다. 5분 동안 60℃에서 건조하여 편광 필름을 수득하였다.
실시예 2
2,400 중합도와 75㎛ 두께를 가진 폴리 알코올(PVA)계 필름(상품명: VF-PS, 쿠라레 제)을 120℃로 가열된 오븐에서 2.5배로 일축으로 일단계 연신하였다. 이후 3분 동안 30℃ 수중 세척 탱크에서 팽창 공정에 적용하고, 33℃에서 교차-염색 수조(농도: 0.05 중량%)에서 교차-염색하였다. 이후, 상기 필름을 PVA 가교제를 포함하는 연신 탱크(05)에서 2.5배로 습식 연신하여, 5분 동안 담가 두었다. 5분 동안 60℃에서 건조하여 편광 필름을 수득하였다.
실시예 3
2,400 중합도와 75㎛ 두께를 가진 폴리 알코올(PVA)계 필름(상품명: VF-PS, 쿠라레 제)을 120℃로 가열된 오븐에서 2.5배로 일축으로 이단계 연신하였다. 이후 3분 동안 30℃ 수중 세척 탱크에서 팽창 공정에 적용하고, 33℃에서 교차-염색 수조(농도: 0.05 중량%)에서 교차-염색하였다. 이후, 상기 필름을 PVA 가교제를 포함하는 연신 탱크(05)에서 2.5배로 습식 연신하여, 5분 동안 담가 두었다. 5분 동안 60℃에서 건조하여 편광 필름을 수득하였다.
실시예 4
2,400 중합도와 75㎛ 두께를 가진 폴리 알코올(PVA)계 필름(상품명: VF-PS, 쿠라레 제)을 120℃로 가열된 오븐에서 2.5배로 일축으로 삼단계 연신하였다. 이후 3분 동안 30℃ 수중 세척 탱크에서 팽창 공정에 적용하고, 33℃에서 교차-염색 수조(농도: 0.05 중량%)에서 교차-염색하였다. 이후, 상기 필름을 PVA 가교제를 포함하는 연신 탱크(05)에서 2.75배로 습식 연신하여, 5분 동안 담가 두었다. 5분 동안 60℃에서 건조하여 편광 필름을 수득하였다.
실시예 5
2,400 중합도와 75㎛ 두께를 가진 폴리 알코올(PVA)계 필름(상품명: VF-PS, 쿠라레 제)을 120℃로 가열된 오븐에서 2.5배로 일축으로 삼단계 연신하였다. 이후 3분 동안 30℃ 수중 세척 탱크에서 팽창 공정에 적용하고, 33℃에서 교차-염색 수조(농도: 0.05 중량%)에서 교차-염색하였다. 이후, 상기 필름을 PVA 가교제를 포함하는 연신 탱크(05)에서 2.25배로 습식 연신하여, 5분 동안 담가 두었다. 5분 동안 60℃에서 건조하여 편광 필름을 수득하였다.
비교예 1
2,400 중합도와 75㎛ 두께를 가진 폴리 알코올(PVA)계 필름(상품명: VF-PS, 쿠라레 제)을 120℃로 가열된 오븐에서 2.5배로 일축으로 삼단계 연신하였다. 이후 33℃에서 교차-염색 수조(농도: 0.05 중량%)에서 교차-염색하였다. 이후, 상기 필름을 PVA 가교제를 포함하는 연신 탱크(05)에서 2.5배로 습식 연신하고, 5분 동안 담가 두었다. 5분 동안 60℃에서 건조한 후에 편광 필름을 수득하였다.
비교예 2
2,400 중합도와 75㎛ 두께를 가진 폴리 알코올(PVA)계 필름(상품명: VF-PS, 쿠라레 제)을 120℃로 가열된 오븐에서 2.5배로 일축으로 삼단계 연신하였다. 이후 3분 동안 30℃ 수중 세척 탱크에서 팽창 공정에 적용하고, 33℃에서 요오드 수조(농도: 0.05 중량%)에서 염색하였다. 이후, 상기 필름을 PVA 가교제를 포함하는 이루어진 연신 탱크(05)에서 2.5배로 습식 연신하고, 5분 동안 담가 두었다. 5분 동안 60℃에서 건조한 후에 편광 필름을 수득하였다.
비교예 3
2,400 중합도와 75㎛ 두께를 가진 폴리 알코올(PVA)계 필름(상품명: VF-PS, 쿠라레 제)을 3분 동안 30℃ 수중 세척 탱크에 있었다. 이후 33℃에서 교차-염색 수조(농도: 0.05 중량%)에서 교차-염색 하였다. 이후, 상기 필름을 PVA 가교제를 포함하는 연신 탱크(05)에서 5배로 습식 연신하고, 5분 동안 담가 두었다. 5분 동안 60℃에서 건조한 후에 편광 필름을 수득하였다.
평가 테스트
상기 실시예와 비교예에서 만들어진 편광 필름의 광학적 특징을 평가하기 위하여 다음 방법을 이용하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(투과도)
본 테스트는 선명도 보정(visibility correction) 후 Y 값을 얻기 위해, J1528701 2°viewing degree(C 광원)에 따라 분광광도계(히타치 제)로 수행되었다.
(편광도)
상기 분광광도계로, 편광축이 나란하게(평행 투과도: H0), 그리고 편광축이 일반적인(정상 투과도: H90) 방식으로 겹쳐질 때 두개의 동일한 편광판들의 투과도를 측정하였다. 이후, 평행 투과도(parallel transmittance) H0와 정상 투과도 (normal transmittance) H90는 J1528701 2°viewing degree(C 광원)에 따라 선명도 보정 후 편광도 Y 값(%)으로 전환되었다.
Figure 112005031129869-PAT00001
테스트 결과
표 1에 나타난 바와 같이, 폴리 알코올계 필름을 일축으로 다단계 연신하고, 수중 세척 탱크에서 팽창시켜 가소제를 제거한 후, 상기 필름은 건식-연신 공정에서 유발된 스트레스가 이완되었고 필름의 폭이 감소되었으며, 큰 분자들 사이의 거리는 따라서 감소되었고; 그리고 상기 필름을 요오드와 PVA 가교제를 포함하는 교차-염색 탱크(04)에서 교차-염색하였고, PVA 가교제를 포함하는 연신 탱크(05)에서 연신 공정에 적용하였고, 그리 하여 높은 편광도와 높은 투과도를 가진 편광 필름을 수득였다.
실시예와 비교예에서 제조된 필름들 간의 비교
투과도 편광도 수중 세척 탱크 전의 필름 폭 (mm) 수중 세척 탱크 후의 필름 폭 (mm)
실시예 1 43.1 99.1 500 494
실시예 2 43.2 98.9 500 491
실시예 3 43.5 98.9 500 490
실시예 4 43.6 98.5 500 494
실시예 5 43.2 98.1 500 494
비교예 1 43.1 94.2 500 -
비교예 2 43.5 97.5 500 494
비교예 3 43.1 95.1 500 607
본 발명의 편광 필름은 높은 편광도와 높은 투과도를 가지며, 편광판과 광학부품으로 사용된다.

Claims (21)

  1. 일축 다단계 건식-연신 공정의 이용에 의해 연신된 폴리비닐 알코올(PVA)계 필름을 연신하는 단계;
    가소제를 세척하고 스트레스를 이완하기 위해 수중에서 연신된 필름을 세척하는 단계;
    수성 요오드 함유 용액에서 연신된 필름을 교차-염색하고, 이후 수성 PVA 가교제를 포함한 용액에서 연신된 필름의 후-연신 공정을 적용하는 단계;
    를 포함하는 편광 필름의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    후-연신 공정이, 습식-연신 공정인
    편광 필름의 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    폴리비닐 알코올(PVA)계 필름의 중합도가, 2,400 이상인
    편광 필름의 제조 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    폴리비닐 알코올(PVA)계 필름의 두께가, 5~150㎛인
    편광 필름의 제조 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    일축 다단계 건식-연신 공정의 온도가 25~130℃이고, 연신비가 1.5~3배인
    편광 필름의 제조 방법.
  6. 제 2항에 있어서,
    염색 습식 연신 공정의 연신비가 1.5~3배인
    편광 필름의 제조 방법.
  7. 제 2항에 있어서,
    건식-연신비에 대한 습식-연신비가 0.5~1.5인
    편광 필름의 제조 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    건식-연신비에 대한 습식-연신비가 0.9~1.1인
    편광 필름의 제조 방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    총 연신도가 4.0~6.5배인
    편광 필름의 제조 방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    PVA 가교제가 붕산, 붕사, 글리옥살 및 글루타르알데하이드로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물인
    편광 필름의 제조 방법.
  11. 제 1항에 있어서,
    수성 요오드를 포함한 용액이 물 100 중랑부에 대하여, 요오드 0.05~10 중량부, PVA 가교제 0.05~2.5 중량부를 포함하는
    편광 필름의 제조 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    교차-염색 공정의 온도가, 10~80℃로 조절된
    편광 필름의 제조 방법.
  13. 제 1항에 있어서,
    수성 PVA 가교제 용액이 물 100 중량부에 대하여, PVA 가교제 0.1~3.5 중량부를 포함하고, PVA 가교제가 바람직하게는 붕소 화합물인
    편광 필름의 제조 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    후-연신 공정 온도가, 25~130℃로 조절된
    편광 필름의 제조 방법.
  15. 제 1항에 따른 제조 방법에 의해 제조된 편광 필름으로서,
    적어도 43%의 투과도와 적어도 98%의 편광도를 갖는 편광 필름.
  16. 제 15항에 따른 편광 필름을 포함하는 편광판으로서,
    상기 편광 필름의 적어도 한 면에 보호 필름이 부착된 편광판.
  17. 제 15항에 따른 편광 필름을 포함하는 광학 부품으로서,
    상기 광학 부품이, 제 1항에 따른 제조 방법에 의해 제조된 편광 필름 상에 반사판 또는 반투명 반사판을 적층하는 것에 의해 제조된 광학 부품.
  18. 제 17항에 있어서,
    광학 부품이, 제 1항에 따른 제조 방법에 의해 제조된 편광 필름 상에 위상차 판 또는 입력 판을 적층하는 것에 의해 제조된
    편광 필름을 포함하는 광학 부품.
  19. 제 17항에 있어서,
    광학 부품이, 제 1항에 따른 제조 방법에 의해 제조된 편광 필름 상에 광학 보상 필름을 적층하는 것에 의해 제조된
    편광 필름을 포함하는 광학 부품.
  20. 제 17항에 있어서,
    광학 부품이, 제 1항에 따른 제조 방법에 의해 제조된 편광 필름 상에 휘도 강화 필름을 적층하는 것에 의해 제조된
    편광 필름을 포함하는 광학 부품.
  21. 제 17항에 있어서,
    광학 부품이, 액정 디스플레이 장치의 액정 장치의 적어도 한 면에, 제 1항에 따른 제조 방법에 의해 제조된 편광 필름을 갖도록 제조된
    편광 필름을 포함하는 광학 부품.
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