KR20070121572A - 광학 필름, 그의 제조 방법, 편광판 및 액정 패널 - Google Patents

광학 필름, 그의 제조 방법, 편광판 및 액정 패널 Download PDF

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cyclic olefin
optical
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마사유끼 세끼구찌
다꾸히로 우시노
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제이에스알 가부시끼가이샤
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    • G02F1/1335Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/13363Birefringent elements, e.g. for optical compensation
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Abstract

본 발명은 광 누설이 없고 컬러 시프트가 발생하지 않는, 시야각이 넓은 액정 패널이 얻어지는 시야각 보상 필름으로서 이용되는 광학 필름과, 이를 이용한 편광판 및 액정 패널을 얻는 것을 과제로 한다.
본 발명은 환상 올레핀계 수지를 포함하는 광학 필름이며, 필름의 폭이 1,500 ㎜ 이상이고, 광선 파장 550 ㎚에서의 필름면내의 최대 굴절률을 nx, 필름면내에서 nx에 대하여 직교하는 방향의 굴절률을 ny, 필름 두께 방향의 굴절률을 nz, 필름 두께를 d〔㎚〕로 할 때, 필름면내의 위상차 R0(550)〔㎚〕=(nx-ny)×d, 필름 두께 방향의 위상차 Rth(550)〔㎚〕={(nx+ny)/2-nz}×d, 및 필름 두께 방향의 광축과 필름면에 대한 법선이 이루는 각 θ〔도〕가 각각 0≤R0(550)≤300, 30≤Rth(550)≤300, 0≤θ≤3이고, R0의 변동이 ±10% 이하이고, 필름면내 방향의 광축의 변동이 중심값±10도 이하인 광학 필름이다.
광학 필름, 편광판, 액정 패널, 환상 올레핀계 수지

Description

광학 필름, 그의 제조 방법, 편광판 및 액정 패널 {OPTICAL FILM, METHOD OF MAKING THE SAME, POLARIZING PLATE AND LIQUID CRYSTAL PANEL}
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2005-99097호 공보
[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 제2004-258188호 공보
본 발명은 액정 패널(LCD)의 표시 부재에 사용되는 광학 필름, 예를 들면 IPS(평면내 스위칭; In Plane Switching) 모드나 VA(수직 배향; Vertical Alignment) 모드 등의 액정 패널용 편광판의 시야각 보상 필름에 바람직하게 이용되는 광학 필름, 그의 제조 방법, 이를 이용한 편광판 및 액정 패널에 관한 것이다.
급속히 시장 전개가 진행되고 있는 액정 패널은 액정의 ON-OFF에 의한 편광 상태 변화를 가시화시킨 것으로서, 그 표시 원리 때문에 통상적으로 편광자에 광학 필름이 적층된 편광판이 이용되고 있다(예를 들면, 상기 특허 문헌 1, 특허 문헌 2). 그런데, 최근 들어 액정 패널은 액정 디스플레이의 대형화에 따라 더욱 대형화가 진행되고 있다. 이 때, 편광 상태를 컨트롤하기 위한 편광판 및 위상차 필름 도 보다 대형화가 요구되고 있다. 또한, TV 방송의 하이비젼화나 디지탈 방송화에 의해 화질이 보다 우수한 액정 디스플레이가 시장으로부터 요구되고 있다.
그러나, 종래에는 나무랄 데 없이 사용되었던 액정 패널이더라도 상술한 대형화나 고화질화가 진행되면서 종래의 광학 필름이나 편광판을 사용했을 경우에는 그 성능을 충분히 끌어낼 수 없는 경우가 발생하는 문제가 있었다. 특히, 흑표시 상태의 빛의 누설에 더하여, 색의 변화(컬러 시프트)나 대형 디스플레이에서의 이들 특성의 균일성이 문제가 되게 되었다.
본 발명은 대형이고 고화질인 액정 디스플레이이더라도 광 누설이 없고 컬러 시프트가 발생하지 않는, 시야각이 넓은 액정 패널이 얻어지는 시야각 보상 필름으로서 이용되는 광학 필름과, 그의 제조 방법, 이를 이용한 편광판 및 액정 패널을 얻는 것을 과제로 한다.
본 발명은 환상 올레핀계 수지를 포함하는 광학 필름이며, 필름의 폭이 1,500 ㎜ 이상이고, 광선 파장 550 ㎚에서의 필름면내의 최대 굴절률을 nx, 필름면내에서 nx에 대하여 직교하는 방향의 굴절률을 ny, 필름 두께 방향의 굴절률을 nz, 필름 두께를 d〔㎚〕로 할 때, 필름면내의 위상차 R0(550)〔㎚〕=(nx-ny)×d, 필름 두께 방향의 위상차 Rth(550)〔㎚〕={(nx+ny)/2-nz}×d, 및 필름 두께 방향의 광축과 필름면에 대한 법선이 이루는 각 θ〔도〕가 각각 0≤R0(550)≤300, 30≤Rth(550)≤300, 0≤θ≤3이고, R0의 변동이 ±10% 이하이고, 필름면내 방향의 광 축의 변동이 중심값±10도 이하인 광학 필름에 관한 것이다.
여기서, 상기 환상 올레핀계 수지로서는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물의 (공)중합체가 바람직하다.
Figure 112007044972771-PAT00001
(화학식 1 중, R1 내지 R4는 수소 원자, 할로겐 원자, 탄소수 1 내지 30의 탄화수소기, 또는 그 밖의 1가의 유기기이고, 각각 동일 또는 상이할 수 있고, 또한 R1 내지 R4 중 임의의 2개가 서로 결합하여 단환 또는 다환 구조를 형성할 수 있고, m은 0 또는 양의 정수이고, p는 0 또는 양의 정수임)
다음으로, 본 발명은 용융 상태의 환상 올레핀계 수지를 압출하고, 상기 수지를 경면 롤 표면에 압착하고, 그 후, 냉각하여 박리하는 광학 필름의 제조 방법이며, 필름 박리시의 조건이 박리 온도 Tt(℃), 박리 장력 TF(kgf), 환상 올레핀계 수지의 유리 전이 온도 Tg(℃)로 할 때, 각각 Tg-30 ℃≤Tt≤Tg+30 ℃, 0.01 MPa≤TF≤5 MPa의 범위로 하는 것을 특징으로 하는 광학 필름의 제조 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 용융 상태의 환상 올레핀계 수지를 압출하고, 상기 수지를 경면 롤 표면에 압착하고, 그 후, 냉각하여 박리하는 광학 필름의 제조 방법이며, 경면 롤에 수지를 전사할 때의 압력을 면압으로 0.01 내지 0.80 MPa로 하는 것을 특징으로 하는 광학 필름의 제조 방법에 관한 것이다.
다음으로, 본 발명은 편광자의 적어도 한쪽 면에 상기 광학 필름이 적층되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 편광판에 관한 것이다.
다음으로, 본 발명은 액정 표시 소자의 적어도 한쪽 면에 상기 편광판이 적층되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정 패널에 관한 것이다.
<광학 필름>
본 발명의 광학 필름은 환상 올레핀계 수지를 포함하는 광학 필름이며, 상기 필름의 폭이 1,500 ㎜ 이상이고, 통상적으로는 코어를 축으로 하여, 상기 코어의 외주면에 광학 필름을 권회(卷回)하여 이루어지는 필름 롤로 되어 있다.
한편, 본 발명의 광학 필름을 권취하기 위해 사용하는 코어에 대해서는 원통형 또는 원주형이고, 필름을 권취하는 외주 표면의 표면 경도를 SRIS 0101 스케일로 바람직하게는 1 내지 50도, 더욱 바람직하게는 3 내지 20도로 한다.
<코어>
코어의 표면 경도를 SRIS 0101 스케일로 1 내지 50도로 하기 위해서는 탄성체를 이용하는 방법을 들 수 있다. 그러나, 한편으로 긴 필름을 권취하는 코어 본래의 목적을 달성하기 위해서는, 권취시의 장력이나 필름의 무게에 견디는 강도가 필요하다. 따라서, 탄성체 단독으로 코어를 제조한 경우, 그 내하중량이 문제가 된다. 이 때문에, 본 발명의 코어는 적어도 일련의 탄성체 코어재를 포함하는 구조가 바람직하고, 상기 탄성체에 의해 필름을 권취하는 외주 표면의 표면 경도를 SRIS 0101 스케일로 1 내지 50도의 범위 내로 조정하는 것이 바람직하다.
코어의 코어재로서는 종이, 수지 함침 종이, 플라스틱, 유리 에폭시 또는 금속을 포함하는 것이 바람직하지만, 여기에 한정되는 것은 아니다. 탄성체는 이들 코어재의 전체 둘레에 감거나 접착시키면 바람직하다. 접착하는 경우에는 탄성체 두께만큼의 단차가 생기고, 이 단차가 악영향을 미치는 경우가 있기 때문에, 탄성체의 단면은 바람직하게는 사다리꼴 형상으로 하는 편이 바람직하다.
코어의 표면 경도 조정에 사용하는 탄성체의 재질로서는 특별히 한정되지 않지만, 스폰지 등의 발포체나, 고무 등의 탄성체, 펠트 등의 직물 등을 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 탄성체의 두께가 너무 얇으면 코어의 표면 경도를 원하는 범위까지 저하시킬 수 없기 때문에, 바람직하게는 0.1 ㎜ 이상, 보다 바람직하게는 3 ㎜ 이상의 두께가 바람직하다. 또한, 두께가 너무 두꺼우면 탄성체의 변형이 너무 커질 우려가 있기 때문에, 바람직하게는 30 ㎜ 이하, 보다 바람직하게는 20 ㎜ 이하의 두께가 바람직하다. 한편, 여기서 말하는 탄성체의 두께란, 코어의 중심에서 외주 표면 방향을 향한 탄성체의 길이를 가리킨다.
탄성체 부분의 형성 방법에 대해서는 특별히 한정되지 않으며, 상술한 바와 같이 코어재의 외주면에 고무나 스폰지의 시트를 감는 방법, 코어재의 외주면에 탄성체 용액 등을 도포하여 고화시키는 방법 등을 들 수 있지만, 미리 이음매가 없는 관상(管狀)의 탄성체를 제조해 두고, 그 내부에 염화비닐관 등의 핵을 삽입한 후에 고정하는 방법을 이용하면, 외주면에 이음매에 의한 단차가 생기는 경우도 없어 가장 바람직한 방법이다.
또한, 상기 탄성체는 코어의 최외주에 이용하는 편이 바람직하지만, 권취하는 필름에 직접 접촉시키면 표면 오염 등의 문제가 생기는 경우에는, 최외주에 보호층을 설치할 수도 있다. 어느 방법을 이용하든 탄성체나 보호층은 코어에 고정되어 있는 것이 바람직하다. 탄성체나 보호층이 고정되어 있지 않으면, 권취 어긋남이나 권취 조임이 생길 가능성이 있고, 이에 따라 새로운 흠집이나 가로줄, 평면 불량을 야기하는 원인이 된다.
<환상 올레핀계 수지>
본 발명의 광학 필름에 이용되는 환상 올레핀계 수지로서는 다음과 같은 (공)중합체를 들 수 있다.
(1) 상기 화학식 1로 표시되는 특정 단량체의 개환 중합체.
(2) 상기 화학식 1로 표시되는 특정 단량체와 공중합성 단량체와의 개환 공중합체.
(3) 상기 (1) 또는 (2)의 개환 (공)중합체의 수소 첨가 (공)중합체.
(4) 상기 (1) 또는 (2)의 개환 (공)중합체를 프리델 크래프트 반응에 의해 환화한 후, 수소 첨가한 (공)중합체.
(5) 상기 화학식 1로 표시되는 특정 단량체와 불포화 2중 결합 함유 화합물과의 포화 공중합체.
(6) 상기 화학식 1로 표시되는 특정 단량체, 비닐계 환상 탄화수소계 단량체 및 시클로펜타디엔계 단량체에서 선택되는 1종 이상의 단량체의 부가형 (공)중합체 및 그의 수소 첨가 (공)중합체.
(7) 상기 화학식 1로 표시되는 특정 단량체와 아크릴레이트와의 교대 공중합체.
<특정 단량체>
상기 특정 단량체의 구체예로서는 다음과 같은 화합물을 들 수 있지만, 본 발명은 이들 구체예에 한정되는 것은 아니다.
비시클로[2.2.1]헵트-2-엔,
트리시클로[4.3.0.12,5]-8-데센,
트리시클로[4.4.0.12,5]-3-운데센,
테트라시클로[4.4.0.12,5.17,10]-3-도데센,
펜타시클로[6.5.1.13,6.02,7.09,13]-4-펜타데센,
5-메틸비시클로[2.2.1]헵트-2-엔,
5-에틸비시클로[2.2.1]헵트-2-엔,
5-메톡시카르보닐비시클로[2.2.1]헵트-2-엔,
5-메틸-5-메톡시카르보닐비시클로[2.2.1]헵트-2-엔,
5-시아노비시클로[2.2.1]헵트-2-엔,
8-메톡시카르보닐테트라시클로[4.4.0.12,5.17,10]-3-도데센,
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8-n-프로폭시카르보닐테트라시클로[4.4.0.12,5.17,10]-3-도데센,
8-이소프로폭시카르보닐테트라시클로[4.4.0.12,5.17,10]-3-도데센,
8-n-부톡시카르보닐테트라시클로[4.4.0.12,5.17,10]-3-도데센,
8-메틸-8-메톡시카르보닐테트라시클로[4.4.0.12,5.17,10]-3-도데센,
8-메틸-8-에톡시카르보닐테트라시클로[4.4.0.12,5.17,10]-3-도데센,
8-메틸-8-n-프로폭시카르보닐테트라시클로[4.4.0.12,5.17,10]-3-도데센,
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8-메틸-8-n-부톡시카르보닐테트라시클로[4.4.0.12,5.17,10]-3-도데센,
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8-클로로-8,9,9-트리플루오로테트라시클로[4.4.0.12,5.17,10]-3-도데센,
8,9-디클로로-8,9-비스(트리플루오로메틸)테트라시클로[4.4.0.12,5.17,10]-3- 도데센,
8-(2,2,2-트리플루오로에톡시카르보닐)테트라시클로[4.4.0.12,5.17,10]-3-도데센,
8-메틸-8-(2,2,2-트리플루오로에톡시카르보닐)테트라시클로[4.4.0.12,5.17,10]-3-도데센 등을 들 수 있다.
이들은 1종 단독으로 또는 2종 이상을 병용할 수 있다.
특정 단량체 중 바람직한 것은 상기 화학식 1 중, R1 및 R3이 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 10, 더욱 바람직하게는 1 내지 4, 특히 바람직하게는 1 내지 2의 탄화수소기이고, R2 및 R4가 수소 원자 또는 1가의 유기기이며, R2 및 R4 중 하나 이상은 수소 원자 및 탄화수소기 이외의 극성을 갖는 극성기를 나타내고, m은 0 내지 3의 정수, p는 0 내지 3의 정수이고, 보다 바람직하게는 m+p=0 내지 4, 더욱 바람직하게는 0 내지 2, 특히 바람직하게는 m=1, p=0인 것이다. m=1, p=0인 특정 단량체는, 얻어지는 환상 올레핀계 수지의 유리 전이 온도가 높으면서 기계적 강도도 우수해지는 점에서 바람직하다.
상기 특정 단량체의 극성기로서는, 카르복실기, 수산기, 알콕시카르보닐기, 알릴옥시카르보닐기, 아미노기, 아미드기, 시아노기 등을 들 수 있고, 이들 극성기는 메틸렌기 등의 연결기를 통해 결합될 수 있다. 또한, 카르보닐기, 에테르기, 실릴에테르기, 티오에테르기, 이미노기 등 극성을 갖는 2가의 유기기가 연결기가 되어 결합되어 있는 탄화수소기 등도 극성기로서 들 수 있다. 이들 중에서는 카르복실기, 수산기, 알콕시카르보닐기 또는 알릴옥시카르보닐기가 바람직하고, 특히 알콕시카르보닐기 또는 알릴옥시카르보닐기가 바람직하다.
또한, R2 및 R4 중 하나 이상이 화학식 -(CH2)nCOOR로 표시되는 극성기인 단량체는, 얻어지는 환상 올레핀계 수지가 높은 유리 전이 온도와 낮은 흡습성, 각종 재료와의 우수한 밀착성을 갖게 되는 점에서 바람직하다. 상기 특정 극성기에 따른 화학식에 있어서, R은 탄소 원자수 1 내지 12, 더욱 바람직하게는 1 내지 4, 특히 바람직하게는 1 내지 2의 탄화수소기, 바람직하게는 알킬기이다. 또한, n은 통상적으로 0 내지 5이지만, n의 값이 작은 것일수록 얻어지는 환상 올레핀계 수지의 유리 전이 온도가 높아지기 때문에 바람직하고, 또한 n이 0인 특정 단량체는 그의 합성이 용이한 점에서 바람직하다.
또한, 상기 화학식 1에 있어서, R1 또는 R3이 알킬기인 것이 바람직하고, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 더욱 바람직하게는 1 내지 2의 알킬기, 특히 메틸기인 것이 바람직하고, 특히 상기 알킬기가 상기 화학식 -(CH2)nCOOR로 표시되는 특정 극성기가 결합된 탄소 원자와 동일한 탄소 원자에 결합되어 있는 것이, 얻어지는 환상 올레핀계 수지의 흡습성을 낮게 할 수 있는 점에서 바람직하다.
<공중합성 단량체>
공중합성 단량체의 구체예로서는, 시클로부텐, 시클로펜텐, 시클로헵텐, 시 클로옥텐, 디시클로펜타디엔 등의 시클로올레핀을 들 수 있다.
시클로올레핀의 탄소수로서는 4 내지 20이 바람직하고, 보다 바람직한 것은 5 내지 12이다. 이들은 1종 단독으로 또는 2종 이상을 병용할 수 있다.
특정 단량체/공중합성 단량체의 바람직한 사용 범위는 중량비로 100/0 내지 50/50이고, 더욱 바람직하게는 100/0 내지 60/40이다.
<개환 중합 촉매>
본 발명에 있어서, (1) 특정 단량체의 개환 중합체, 및 (2) 특정 단량체와 공중합성 단량체와의 개환 공중합체를 얻기 위한 개환 중합 반응은 복분해 촉매의 존재하에 행해진다.
상기 복분해 촉매는 (a) W, Mo 및 Re의 화합물에서 선택된 1종 이상과, (b) 데밍의 주기율표 IA족 원소(예를 들면, Li, Na, K 등), IIA족 원소(예를 들면, Mg, Ca 등), IIB족 원소(예를 들면, Zn, Cd, Hg 등), IIIA족 원소(예를 들면, B, Al 등), IVA족 원소(예를 들면, Si, Sn, Pb 등), 또는 IVB족 원소(예를 들면, Ti, Zr 등)의 화합물로서, 하나 이상의 상기 원소-탄소 결합 또는 상기 원소-수소 결합을 갖는 것에서 선택된 1종 이상과의 조합을 포함하는 촉매이다. 또한, 이 경우에 촉매의 활성을 높이기 위해 후술하는 (c) 첨가제가 첨가된 것일 수도 있다.
(a) 성분으로서 적당한 W, Mo 또는 Re의 화합물의 대표예로서는 WCl6, MoCl6, ReOCl3 등의 일본 특허 공개 (평)1-132626호 공보 제8 페이지 좌측 하란 제6행 내지 제8 페이지 우측 상란 제17행에 기재된 화합물을 들 수 있다.
(b) 성분의 구체예로서는, n-C4H9Li, (C2H5)3Al, (C2H5)2AlCl, (C2H5)1.5AlCl1 .5, (C2H5)AlCl2, 메틸알룸옥산, LiH 등 일본 특허 공개 (평)1-132626호 공보 제8 페이지 우측 상란 제18행 내지 제8 페이지 우측 하란 제3행에 기재된 화합물을 들 수 있다.
첨가제인 (c) 성분의 대표예로서는 알코올류, 알데히드류, 케톤류, 아민류 등을 바람직하게 사용할 수 있지만, 추가로 일본 특허 공개 (평)1-132626호 공보 제8 페이지 우측 하란 제16행 내지 제9 페이지 좌측 상란 제17행에 개시된 화합물을 사용할 수 있다.
복분해 촉매의 사용량으로서는, 상기 (a) 성분과 특정 단량체와의 몰비로 "(a) 성분:특정 단량체"가 통상 1:500 내지 1:50,000이 되는 범위, 바람직하게는 1:1,000 내지 1:10,000이 되는 범위로 할 수 있다.
(a) 성분과 (b) 성분과의 비율은 금속 원자비로 (a):(b)가 1:1 내지 1:50, 바람직하게는 1:2 내지 1:30의 범위로 할 수 있다.
(a) 성분과 (c) 성분과의 비율은 몰비로 (c):(a)가 0.005:1 내지 15:1, 바람직하게는 0.05:1 내지 7:1의 범위로 할 수 있다.
<중합 반응용 용매>
개환 중합 반응에서 사용되는 용매(분자량 조절제 용액을 구성하는 용매, 특정 단량체 및/또는 복분해 촉매의 용매)로서는, 예를 들면 펜탄, 헥산, 헵탄, 옥탄, 노난, 데칸 등의 알칸류, 시클로헥산, 시클로헵탄, 시클로옥탄, 데칼린, 노르 보르난 등의 시클로알칸류, 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 에틸벤젠, 쿠멘 등의 방향족 탄화수소, 클로로부탄, 브로모헥산, 염화메틸렌, 디클로로에탄, 헥사메틸렌 디브로마이드, 클로로벤젠, 클로로포름, 테트라클로로에틸렌 등의, 할로겐화 알칸, 할로겐화 아릴 등의 화합물, 아세트산에틸, 아세트산 n-부틸, 아세트산이소-부틸, 프로피온산메틸, 디메톡시에탄 등의 포화 카르복실산 에스테르류, 디부틸에테르, 테트라히드로푸란, 디메톡시에탄 등의 에테르류 등을 들 수 있고, 이들은 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 이들 중에서 방향족 탄화수소가 바람직하다.
용매의 사용량으로서는, "용매:특정 단량체(중량비)"가 통상 1:1 내지 10:1이 되는 양이고, 바람직하게는 1:1 내지 5:1이 되는 양으로 할 수 있다.
<분자량 조절제>
얻어지는 개환 (공)중합체의 분자량의 조절은 중합 온도, 촉매의 종류, 용매의 종류에 따라서도 행할 수 있지만, 본 발명에서는 분자량 조절제를 반응계에 공존시킴으로써 조절한다.
여기서, 바람직한 분자량 조절제로서는, 예를 들면 에틸렌, 프로펜, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-헵텐, 1-옥텐, 1-노넨, 1-데센 등의 α-올레핀류 및 스티렌을 들 수 있고, 이들 중에서 1-부텐, 1-헥센이 특히 바람직하다.
이들 분자량 조절제는 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
분자량 조절제의 사용량으로서는, 개환 중합 반응에 제공되는 특정 단량체 1몰에 대하여 0.005 내지 0.6몰, 바람직하게는 0.02 내지 0.5몰로 할 수 있다.
(2) 개환 공중합체를 얻기 위해서는, 개환 중합 공정에서 특정 단량체와 공 중합성 단량체를 개환 공중합시킬 수 있지만, 추가로 폴리부타디엔, 폴리이소프렌 등의 공액 디엔 화합물, 스티렌-부타디엔 공중합체, 에틸렌-비공액 디엔 공중합체, 폴리노르보르넨 등의 주쇄에 탄소-탄소간 2중 결합을 2개 이상 포함하는 불포화 탄화수소계 중합체 등의 존재하에 특정 단량체를 개환 중합시킬 수도 있다.
이상과 같이 하여 얻어지는 개환 (공)중합체는 그대로 사용할 수 있지만, 이를 추가로 수소 첨가하여 얻어진 (3) 수소 첨가 (공)중합체는 내충격성이 큰 수지의 원료로서 유용하다.
<수소 첨가 촉매>
수소 첨가 반응은 통상적인 방법, 즉 개환 중합체의 용액에 수소 첨가 촉매를 첨가하고, 여기에 상압 내지 300 기압, 바람직하게는 3 내지 200 기압의 수소 가스를 0 내지 200 ℃, 바람직하게는 20 내지 180 ℃에서 작용시킴으로써 행해진다.
수소 첨가 촉매로서는 통상적인 올레핀성 화합물의 수소 첨가 반응에 이용되는 것을 사용할 수 있다. 이 수소 첨가 촉매로서는 불균일계 촉매 및 균일계 촉매를 들 수 있다.
불균일계 촉매로서는, 팔라듐, 백금, 니켈, 로듐, 루테늄 등의 귀금속 촉매 물질을 카본, 실리카, 알루미나, 티타니아 등의 담체에 담지시킨 고체 촉매를 들 수 있다. 또한, 균일계 촉매로서는, 나프텐산니켈/트리에틸알루미늄, 니켈아세틸아세토네이토/트리에틸알루미늄, 옥텐산코발트/n-부틸리튬, 티타노센 디클로라이드/디에틸알루미늄모노클로라이드, 아세트산로듐, 클로로트리스(트리페닐포스핀)로 듐, 디클로로트리스(트리페닐포스핀)루테늄, 클로로히드로카르보닐트리스(트리페닐포스핀)루테늄, 디클로로카르보닐트리스(트리페닐포스핀)루테늄 등을 들 수 있다. 촉매의 형태는 분말 또는 입상일 수 있다.
이들 수소 첨가 촉매는 개환 (공)중합체:수소 첨가 촉매(중량비)가 1:1×10-6 내지 1:2가 되는 비율로 사용된다.
이와 같이, 수소 첨가함으로써 얻어지는 수소 첨가 (공)중합체는 우수한 열 안정성을 갖게 되어, 성형 가공시나 제품으로서의 사용시의 가열에 의해서도 그 특성이 열화되지 않는다. 여기서, 수소 첨가율은 통상 50% 이상, 바람직하게 70% 이상, 더욱 바람직하게는 90% 이상이다.
또한, 수소 첨가 (공)중합체의 수소 첨가율은 500 MHz, 1H-NMR로 측정한 값이 50% 이상, 바람직하게는 90% 이상, 더욱 바람직하게는 98% 이상, 가장 바람직하게는 99% 이상이다. 수소 첨가율이 높을수록 열이나 빛에 대한 안정성이 우수하게 되어, 본 발명의 광학 필름을 파장판으로서 사용했을 경우에 장기에 걸쳐 안정한 특성을 얻을 수 있다.
한편, 본 발명의 환상 올레핀계 수지로서 사용되는 수소 첨가 (공)중합체는 상기 수소 첨가 (공)중합체 중에 포함되는 겔 함유량이 5 중량% 이하인 것이 바람직하고, 또한 1 중량% 이하인 것이 특히 바람직하다.
또한, 본 발명의 환상 올레핀계 수지로서 (4) 상기 (1) 또는 (2)의 개환 (공)중합체를 프리델 크래프트 반응에 의해 환화한 후, 수소 첨가한 (공)중합체도 사용할 수 있다.
<프리델 크래프트 반응에 의한 환화>
(1) 또는 (2)의 개환 (공)중합체를 프리델 크래프트 반응에 의해 환화하는 방법은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 일본 특허 공개 (소)50-154399호 공보에 기재된 산성 화합물을 이용한 공지된 방법을 채용할 수 있다. 산성 화합물로서는, 구체적으로 AlCl3, BF3, FeCl3, Al2O3, HCl, CH3ClCOOH, 제올라이트, 활성 백토 등의 루이스산, 브렌스테드산이 사용된다.
환화된 개환 (공)중합체는 (1) 또는 (2)의 개환 (공)중합체와 마찬가지로 수소 첨가할 수 있다.
또한, 본 발명의 환상 올레핀계 수지로서 (5) 상기 특정 단량체와 불포화 2중 결합 함유 화합물과의 포화 공중합체도 사용할 수 있다.
<불포화 2중 결합 함유 화합물>
불포화 2중 결합 함유 화합물로서는 예를 들면 에틸렌, 프로필렌, 부텐 등, 바람직하게는 탄소수 2 내지 12, 더욱 바람직하게는 탄소수 2 내지 8의 올레핀계 화합물을 들 수 있다.
특정 단량체/불포화 2중 결합 함유 화합물의 바람직한 사용 범위는 중량비로 90/10 내지 40/60이고, 더욱 바람직하게는 85/15 내지 50/50이다.
본 발명에 있어서, (5) 특정 단량체와 불포화 2중 결합 함유 화합물과의 포화 공중합체를 얻기 위해서는 통상적인 부가 중합법을 사용할 수 있다.
<부가 중합 촉매>
상기 (5) 포화 공중합체를 합성하기 위한 촉매로서는, 티탄 화합물, 지르코늄 화합물 및 바나듐 화합물에서 선택된 1종 이상과, 조촉매로서의 유기 알루미늄 화합물이 사용된다.
여기서, 티탄 화합물로서는 사염화티탄, 삼염화티탄 등을, 또한 지르코늄 화합물로서는 비스(시클로펜타디에닐)지르코늄 클로라이드, 비스(시클로펜타디에닐)지르코늄 디클로라이드 등을 들 수 있다.
또한, 바나듐 화합물로서는 화학식 VO(OR)aXb, 또는 V(OR)cXd〔단, R은 탄화수소기, X는 할로겐 원자이고, 0≤a≤3, 0≤b≤3, 2≤(a+b)≤3, 0≤c≤4, 0≤d≤4, 3≤(c+d)≤4임〕로 표시되는 바나듐 화합물, 또는 이들의 전자 공여 부가물이 사용된다.
상기 전자 공여체로서는, 알코올, 페놀류, 케톤, 알데히드, 카르복실산, 유기산 또는 무기산의 에스테르, 에테르, 산 아미드, 산 무수물, 알콕시실란 등의 산소 함유 전자 공여체, 암모니아, 아민, 니트릴, 이소시아네이트 등의 질소 함유 전자 공여체 등을 들 수 있다.
또한, 조촉매로서의 유기 알루미늄 화합물로서는 하나 이상의 알루미늄-탄소 결합 또는 알루미늄-수소 결합을 갖는 것에서 선택된 1종 이상이 사용된다.
상기에 있어서, 예를 들면 바나듐 화합물을 이용하는 경우에서의 바나듐 화합물과 유기 알루미늄 화합물의 비율은 바나듐 원자에 대한 알루미늄 원자의 비 (Al/V)가 2 이상이고, 바람직하게는 2 내지 50, 특히 바람직하게는 3 내지 20의 범위이다.
부가 중합에 사용되는 중합 반응용 용매는 개환 중합 반응에 이용되는 용매와 동일한 것을 사용할 수 있다. 또한, 얻어지는 (5) 포화 공중합체의 분자량의 조절은 통상적으로 수소를 이용하여 행해진다.
또한, 본 발명의 환상 올레핀계 수지로서 (6) 상기 특정 단량체, 및 비닐계 환상 탄화수소계 단량체 또는 시클로펜타디엔계 단량체에서 선택되는 1종 이상의 단량체의 부가형 공중합체 및 그의 수소 첨가 공중합체도 사용할 수 있다.
<비닐계 환상 탄화수소계 단량체>
비닐계 환상 탄화수소계 단량체로서는, 예를 들면 4-비닐시클로펜텐, 2-메틸-4-이소프로페닐시클로펜텐 등의 비닐시클로펜텐계 단량체, 4-비닐시클로펜탄, 4-이소프로페닐시클로펜탄 등의 비닐시클로펜탄계 단량체 등의 비닐화 5원환 탄화수소계 단량체, 4-비닐시클로헥센, 4-이소프로페닐시클로헥센, 1-메틸-4-이소프로페닐시클로헥센, 2-메틸-4-비닐시클로헥센, 2-메틸-4-이소프로페닐시클로헥센 등의 비닐시클로헥센계 단량체, 4-비닐시클로헥산, 2-메틸-4-이소프로페닐시클로헥산 등의 비닐시클로헥산계 단량체, 스티렌, α-메틸스티렌, 2-메틸스티렌, 3-메틸스티렌, 4-메틸스티렌, 1-비닐나프탈렌, 2-비닐나프탈렌, 4-페닐스티렌, p-메톡시스티렌 등의 스티렌계 단량체, d-테르펜, 1-테르펜, 디테르펜, d-리모넨, 1-리모넨, 디펜텐 등의 테르펜계 단량체, 4-비닐시클로헵텐, 4-이소프로페닐시클로헵텐 등의 비닐시클로헵텐계 단량체, 4-비닐시클로헵탄, 4-이소프로페닐시클로헵탄 등의 비닐시 클로헵탄계 단량체 등을 들 수 있다. 바람직하게는, 스티렌, α-메틸스티렌이다. 이들은 1종 단독으로 또는 2종 이상을 병용할 수 있다.
<시클로펜타디엔계 단량체>
본 발명의 (6) 부가형 공중합체의 단량체에 사용되는 시클로펜타디엔계 단량체로서는, 예를 들면 시클로펜타디엔, 1-메틸시클로펜타디엔, 2-메틸시클로펜타디엔, 2-에틸시클로펜타디엔, 5-메틸시클로펜타디엔, 5,5-메틸시클로펜타디엔 등을 들 수 있다. 바람직하게는 시클로펜타디엔이다. 이들은 1종 단독으로 또는 2종 이상을 병용할 수 있다.
상기 특정 단량체, 비닐계 환상 탄화수소계 단량체 및 시클로펜타디엔계 단량체에서 선택되는 1종 이상의 단량체의 부가형 (공)중합체는 상기 (5) 특정 단량체와 불포화 2중 결합 함유 화합물과의 포화 공중합체와 동일한 부가 중합법으로 얻을 수 있다.
또한, 상기 부가형 (공)중합체의 수소 첨가 (공)중합체는 상기 (3) 개환 (공)중합체의 수소 첨가 (공)중합체와 동일한 수소 첨가법으로 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 환상 올레핀계 수지로서 (7) 상기 특정 단량체와 아크릴레이트와의 교대 공중합체도 사용할 수 있다.
<아크릴레이트>
본 발명의 (7) 상기 특정 단량체와 아크릴레이트와의 교대 공중합체의 제조에 이용되는 아크릴레이트로서는, 예를 들면 메틸아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트, 시클로헥실아크릴레이트 등의 탄소 원자수 1 내지 20의 직쇄상, 분지상 또 는 환상 알킬아크릴레이트, 글리시딜아크릴레이트, 2-테트라히드로푸르푸릴아크릴레이트 등의 탄소 원자수 2 내지 20의 복소환기 함유 아크릴레이트, 벤질아크릴레이트 등의 탄소 원자수 6 내지 20의 방향족환기 함유 아크릴레이트, 이소보로닐아크릴레이트, 디시클로펜타닐아크릴레이트 등의 탄소수 7 내지 30의 다환 구조를 갖는 아크릴레이트를 들 수 있다.
본 발명에 있어서, (7) 상기 특정 단량체와 아크릴레이트와의 교대 공중합체를 얻기 위해서는 루이스산 존재하에서 상기 특정 단량체와 아크릴레이트와의 합계를 100몰로 했을 때, 통상적으로 상기 특정 단량체가 30 내지 70몰, 아크릴레이트가 70 내지 30몰의 비율로, 바람직하게는 상기 특정 단량체가 40 내지 60몰, 아크릴레이트가 60 내지 40몰 비율로, 특히 바람직하게는 상기 특정 단량체가 45 내지 55몰, 아크릴레이트가 55 내지 45몰의 비율로 라디칼 중합한다.
(7) 상기 특정 단량체와 아크릴레이트와의 교대 공중합체를 얻기 위해 사용하는 루이스산의 양은 아크릴레이트 100몰에 대하여 0.001 내지 1몰이 되는 양으로 할 수 있다. 또한, 공지된 자유 라디칼을 발생하는 유기 과산화물 또는 아조비스계 라디칼 중합 개시제를 사용할 수 있고, 중합 반응 온도는 통상 -20 ℃ 내지 80 ℃, 바람직하게는 5 ℃ 내지 60 ℃이다. 또한, 중합 반응용 용매에는 개환 중합 반응에 사용되는 용매와 동일한 것을 사용할 수 있다.
한편, 본 발명에서 말하는 "교대 공중합체"란 상기 특정 단량체에서 유래되는 구조 단위가 인접하지 않는, 즉 상기 특정 단량체에서 유래되는 구조 단위의 이웃은 반드시 아크릴레이트에서 유래되는 구조 단위인 구조를 갖는 공중합체인 것을 의미하며, 아크릴레이트 유래의 구조 단위끼리가 인접하여 존재하는 구조를 부정하는 것은 아니다.
본 발명에서 사용되는 환상 올레핀계 수지의 바람직한 분자량은 고유 점도〔η〕inh로 0.2 내지 5 dl/g, 더욱 바람직하게는 0.3 내지 3 dl/g, 특히 바람직하게는 0.4 내지 1.5 dl/g이고, 겔 투과 크로마토그래피(GPC)로 측정한 폴리스티렌 환산의 수 평균 분자량(Mn)은 8,000 내지 100,000, 더욱 바람직하게는 10,000 내지 80,000, 특히 바람직하게는 12,000 내지 50,000이고, 중량 평균 분자량(Mw)은 20,000 내지 300,000, 더욱 바람직하게는 30,000 내지 250,000, 특히 바람직하게는 40,000 내지 200,000의 범위의 것이 바람직하다.
고유 점도〔η〕inh, 수 평균 분자량 및 중량 평균 분자량이 상기 범위에 있음으로써, 환상 올레핀계 수지의 내열성, 내수성, 내약품성, 기계적 특성과, 본 발명의 광학 필름으로서의 성형 가공성이 양호해진다.
본 발명에 사용되는 환상 올레핀계 수지의 유리 전이 온도(Tg)는 통상 110 ℃ 이상, 바람직하게는 110 내지 350 ℃, 더욱 바람직하게는 120 내지 250 ℃, 특히 바람직하게는 120 내지 200 ℃이다. Tg가 110 ℃ 미만인 경우에는 고온 조건하에서의 사용, 또는 코팅, 인쇄 등의 2차 가공에 의해 변형되기 때문에 바람직하지 않다. 한편, Tg가 350 ℃를 초과하면, 성형 가공이 곤란해지고, 또한 성형 가공시의 열에 의해 수지가 열화될 가능성이 높아진다.
환상 올레핀계 수지에는 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위에서, 예를 들면 일본 특허 공개 (평)9-221577호 공보, 일본 특허 공개 (평)10-287732호 공보에 기재되어 있는, 특정 탄화수소계 수지, 또는 공지된 열가소성 수지, 열가소성 엘라스토머, 고무질 중합체, 유기 미립자, 무기 미립자 등을 배합할 수 있다.
또한, 본 발명의 환상 올레핀계 수지에는 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위에서 내열열화성이나 내광성의 개량을 위해서 공지된 산화 방지제나 자외선 흡수제 등의 첨가제를 첨가할 수 있다. 예를 들면, 하기 페놀계 화합물, 티올계 화합물, 술피드계 화합물, 디술피드계 화합물, 인계 화합물로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 화합물을 본 발명의 환상 올레핀계 수지 100 중량부에 대하여 0.01 내지 10 중량부 첨가함으로써 내열열화성을 향상시킬 수 있다.
페놀계 화합물:
페놀계 화합물로서는, 트리에틸렌글리콜-비스[3-(3-t-부틸-5-메틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트], 1,6-헥산디올-비스[3-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트], 2,4-비스-(n-옥틸티오)-6-(4-히드록시-3,5-디-t-부틸아닐리노)-3,5-트리아진, 펜타에리트리틸-테트라키스[3-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트], 2,2-티오-디에틸렌비스[3-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트], 옥타데실-3-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트], N,N-헥사메틸렌비스(3,5-디-t-부틸-4-히드록시-히드로신남아미드), 1,3,5-트리메틸-2,4,6-트리스(3,5-디-t-부틸-4-히드록시벤질)벤젠, 트리스-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시벤질)-이소시아누레이트, 3,9-비스[2-〔3-(3-t-부틸-4-히드록시-5-메틸페닐)프로피오닐옥시〕-1,1-디메틸에틸]-2,4,8,10-테트라옥사스피로[5.5]운데칸 등을 들 수 있다. 바람직하게는, 옥타데실-3-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트], 1,3,5-트리메틸-2,4,6-트리스(3,5-디-t-부틸-4-히드록시벤질)벤젠, 펜타에리트리틸-테트라키스[3-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트]를 들 수 있고, 특히 바람직하게는 옥타데실-3-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트] 등을 들 수 있다.
티올계 화합물:
티올계 화합물로서는, t-도데실머캅탄, 헥실머캅탄 등의 알킬머캅탄, 2-머캅토벤즈이미다졸, 2-머캅토-6-메틸벤즈이미다졸, 1-메틸-2-(메틸머캅토)벤즈이미다졸, 2-머캅토-1-메틸벤즈이미다졸, 2-머캅토-4-메틸벤즈이미다졸, 2-머캅토-5-메틸벤즈이미다졸, 2-머캅토-5,6-디메틸벤즈이미다졸, 2-(메틸머캅토)벤즈이미다졸, 1-메틸-2-(메틸머캅토)벤즈이미다졸, 2-머캅토-1,3-디메틸벤즈이미다졸, 머캅토아세트산 등을 들 수 있다.
술피드계 화합물:
술피드계 화합물로서는, 2,2-티오-디에틸렌비스〔3-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트〕, 2,2-티오비스(4-메틸-6-t-부틸페놀), 2,4-비스(n-옥틸티오메틸)-6-메틸페놀, 디라우릴 3,3'-티오디프로피오네이트, 디미리스틸 3,3'-티오디프로피오네이트, 디스테아릴 3,3'-티오디프로피오네이트, 펜타에리트리틸테트라키스(3-라우릴티오프로피오네이트), 디트리데실 3,3'-티오디프로피오네이트 등을 들 수 있다.
디술피드계 화합물:
디술피드계 화합물로서는, 비스(4-클로로페닐)디술피드, 비스(2-클로로페닐)디술피드, 비스(2,5-디클로로페닐)디술피드, 비스(2,4,6-트리클로로페닐)디술피드, 비스(2-니트로페닐)디술피드, 2,2'-디티오디벤조산에틸, 비스(4-아세틸페닐)디술피드, 비스(4-카르바모일페닐)디술피드, 1,1'-디나프틸디술피드, 2,2'-디나프틸디술피드, 1,2'-디나프틸디술피드, 2,2'-비스(1-클로로디나프틸)디술피드, 1,1'-비스(2-클로로나프틸)디술피드, 2,2'-비스(1-시아노나프틸)디술피드, 2,2'-비스(1-아세틸나프틸)디술피드, 디라우릴-3,3'-티오디프로피온산에스테르 등을 들 수 있다.
인계 화합물:
인계 화합물로서는, 트리스(4-메톡시-3,5-디페닐)포스파이트, 트리스(노닐페닐)포스파이트, 트리스(2,4-디-t-부틸페닐)포스파이트, 비스(2,6-디-t-부틸-4-메틸페닐)펜타에리트리톨 디포스파이트, 비스(2,4-디-t-부틸페닐)펜타에리트리톨 디포스파이트 등을 들 수 있다.
또한, 2,4-디히드록시벤조페논, 2-히드록시-4-메톡시벤조페논 등의 벤조페논계 화합물, N-(벤질옥시카르보닐옥시)벤조트리아졸 등의 벤조트리아졸계 화합물, 또는 2-에틸옥사닐리드, 2-에틸-2'-에톡시옥사닐리드 등의 옥사닐리드계 화합물을 본 발명의 환상 올레핀계 수지 100 중량부에 대하여 0.01 내지 3 중량부, 바람직하게는 0.05 내지 2 중량부 첨가함으로써 내광성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 환상 올레핀계 수지는 용융 압출에 의해 필름 등으로 성형하는 경우에는 용융 압출시의 열이력에 의해 상기 수지가 열열화되는 것을 방지하기 위해 첨가되는 산화 방지제를 선택하는 것이 중요한 기술적 요소가 된다. 즉, 용융 압출에 의해 얻어진 필름을 연신 가공한 경우에, 위상차의 발현성을 저하시키지 않고, 또는 저하 정도를 최대한 작게 하기 위해, 용융 압출하는 환상 올레핀계 수지의 유리 전이 온도(Tg)보다도 +20 ℃ 내지 Tg+130℃, 바람직하게는 Tg+30 ℃ 내지 Tg+130 ℃의 온도 범위에 융점을 갖는 장해 페놀계 화합물을 산화 방지제로서 사용하는 것이 바람직하다.
융점이 용융 압출하는 환상 올레핀계 수지의 Tg보다도 +20℃ 미만이면, 장해 페놀계 화합물을 사용했다 하더라도, 첨가량이 증가한 경우, 위상차의 발현성이 크게 저하될 수 있다. 한편, 융점이 용융 압출하는 환상 올레핀계 수지의 Tg보다도 +130 ℃를 초과하면, 가공시에 산화 방지제가 용해되지 않아 피쉬 아이 등의 필름 결함이나 이물질의 원인이 될 수 있다. 또한, 융점이 환상 올레핀계 수지의 Tg+20 ℃ 내지 Tg+130 ℃에 있다 하더라도, 장해 페놀계 화합물 이외의 화합물을 산화 방지제로서 이용하면, 위상차의 발현성에 저하가 보이는 경우가 있다.
본 발명의 환상 올레핀계 수지를 용융 압출에 의해 성형하는 경우에 바람직하게 사용되는 상기 산화 방지제의 구체예로서는, 예를 들면 1,3,5-트리메틸-2,4,6-트리스(3,5-디-t-부틸-4-히드록시벤질)벤젠, N,N'-헥사메틸렌비스(3,5-디-t-부틸-4-히드록시-히드로신남아미드), 트리스-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시벤질)-이소시아네이트, 트리스(2,4-디-t-부틸페닐)포스파이트 등을 들 수 있지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니며, 또한 이들에 대해서도 용융 압출하는 환상 올레핀계 수지의 Tg에 따라서는 부적당한 경우가 있다. 한편, 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 한 이들은 조합하여 사용할 수 있고, 단독으로 사용할 수도 있다.
이들 산화 방지제의 첨가량은 환상 올레핀계 수지 100 중량부에 대하여 통상 0.01 내지 5 중량부, 바람직하게는 0.05 내지 4 중량부, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 1.5 중량부이다. 산화 방지제의 첨가량이 0.01 중량부에 미치지 않는 경우에는 압출 가공시에 수지에 겔이 발생하기 쉬워지고, 이에 기인하여, 얻어진 필름 상에 결함으로서 인식될 수 있어 바람직하지 않다. 한편, 첨가제량이 5 중량부를 초과하면, 가공시에 점액의 발생 등을 초래할 수 있고, 이 점액이 다이 라인, 필름 상의 피쉬 아이, 그을음 등의 원인이 되기 때문에 바람직하지 않다.
이러한 산화 방지제는 환상 올레핀계 수지를 제조할 때에 첨가할 수도 있고, 용융 압출할 때에 환상 올레핀계 수지의 펠릿과 함께 배합할 수도 있다.
또한, 본 발명의 환상 올레핀계 수지를 용융 압출에 의해 성형하는 경우에서는 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위에서 윤활제, 자외선 흡수제, 염료 또는 안료 등의 상기 산화 방지제 이외의 첨가제를 사용할 수 있다. 물론 이 경우라도 융점을 갖는 첨가제의 경우, 그 융점이 본 발명의 필수 산화 방지제의 융점 범위에 있는 것이 바람직하다.
<필름 성형>
환상 올레핀계 수지 필름의 성형 방법으로서는 용제 캐스팅법(용액 유연법)이나 용융 압출법 등을 들 수 있다. 막 두께 균일성 및 표면 평활성이 양호해지는 점에서는 용제 캐스팅법이 바람직하고, 제조 비용 면에서는 용융 압출법이 바람직하다.
〔용제 캐스팅법〕
용제 캐스팅법에 의해 환상 올레핀계 수지 필름을 얻는 방법으로서는 특별히 한정되는 것은 아니며, 공지된 방법을 적용할 수 있다. 예를 들면, 상기 환상 올레핀계 수지를 용매에 용해 또는 분산시켜 적당한 농도의 액으로 하고, 적당한 기재 상에 붓거나 또는 도포하고, 이를 건조한 후, 기재로부터 박리시키는 방법을 들 수 있다.
이하에 용제 캐스팅법에 의해 환상 올레핀계 수지 필름을 얻는 방법의 제반 조건을 나타내지만, 본 발명은 이러한 제반 조건에 한정되는 것은 아니다.
상기 환상 올레핀계 수지를 용매에 용해 또는 분산시킬 때에는 이 수지의 농도를 통상적으로는 0.1 내지 90 중량%, 바람직하게는 1 내지 50 중량%, 더욱 바람직하게는 10 내지 35 중량%로 한다. 수지의 농도가 상기 범위보다도 낮으면, 필름의 두께를 확보하는 것이 곤란해지고, 또한 용매 증발에 수반되는 발포 등에 의해 필름의 표면 평활성이 얻기 어려워지는 경향이 있다. 한편, 농도가 상기 범위를 초과하면, 용액 점도가 너무 높아져서 얻어지는 환상 올레핀계 수지 필름의 두께나 표면이 균일해지기 어려워지는 경향이 있다.
또한, 실온에서의 상기 용액의 점도는 통상적으로는 1 내지 1,000,000 mPa·s, 바람직하게는 10 내지 100,000 mPa·s, 더욱 바람직하게는 100 내지 50,000 mPa·s, 특히 바람직하게는 1,000 내지 40,000 mPa·s이다.
상기 용매로서는, 예를 들면 벤젠, 톨루엔, 크실렌 등의 방향족계 용매; 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 1-메톡시-2-프로판올 등의 셀로솔브계 용매; 디아세톤알코올, 아세톤, 시클로헥사논, 메틸에틸케톤, 4-메틸-2-펜타논 등의 케톤계 용매; 락트산메틸, 락트산에틸 등의 에스테르계 용매; 시클로헥산, 에틸시클로헥산, 1,2-디메틸시클로헥산 등의 시클로올레핀계 용매; 2,2,3,3-테트라플루오로-1-프로판올, 염화메틸렌, 클로로포름 등의 할로겐 함유 용매; 테트라히드로푸란, 디옥산 등의 에테르계 용매; 1-펜탄올, 1-부탄올 등의 알코올계 용매 등을 들 수 있다.
또한, 상기 이외에도 SP치(용해도 파라미터)가 10 내지 30(MPa1 /2), 바람직하게는 10 내지 25(MPa1 /2), 더욱 바람직하게는 15 내지 25(MPa1 /2), 특히 바람직하게는 15 내지 20(MPa1 /2)의 범위의 용매를 사용하면, 양호한 표면 균일성 및 광학 특성을 갖는 환상 올레핀계 수지 필름을 얻을 수 있다.
상기 용매는 1종 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다. 혼합계의 경우에는 혼합계로 했을 때의 SP치의 범위를 상기 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 이 때, 혼합계에서의 SP치의 값은 중량비로 예측할 수 있고, 예를 들면 2종의 혼합에서는 각각의 중량 분률을 W1 및 W2, SP치를 SP1 및 SP2로 하면 혼합계의 SP치는 하기 수학식 1에 의해 구할 수 있다.
SP치=W1·SP1+W2·SP2
상기 용액을 기재 상에 도포하는 방법으로서는, 예를 들면 다이스나 코터를 이용하는 방법 외에, 분무법, 브러싱법, 롤 코팅법, 스핀 코팅법, 침지법 등을 채용할 수 있다. 한편, 반복 도포함으로써 두께나 표면 평활성 등을 제어할 수 있다.
상기 기재로서는, 예를 들면 금속 드럼, 스틸 벨트, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)나 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 등의 폴리에스테르 필름, 폴리테트라플루오로에틸렌(상품명; 테플론(등록상표)) 벨트 등을 들 수 있다.
상기 용제 캐스팅법의 건조 공정에 대해서는 특별히 제한은 없고, 일반적으로 이용되는 방법, 예를 들면 다수의 롤러를 통해 건조로 내를 통과시키는 방법 등으로 실시할 수 있다. 단, 건조 공정에서 용매의 증발에 수반되는 기포가 발생하면, 필름의 특성을 현저히 저하시키기 때문에, 이를 피하기 위해 건조 공정을 2단 이상의 복수 공정으로 하고, 각 공정에서의 온도나 풍량을 제어하는 것이 바람직하다. 특히, 기재로부터 박리하기까지의 건조 공정을 2단 이상의 복수 공정으로 하고, 1단째의 건조 공정에서의 온도를 0 내지 50 ℃, 바람직하게는 10 내지 40 ℃로 하고, 2단째 이후의 건조 공정에서의 온도를 50 내지 200 ℃, 바람직하게는 70 내지 180 ℃로 하면, 얻어진 필름의 Rth(550)의 값을 바람직한 범위로 조정할 수 있기 때문에 매우 바람직하다.
또한, 필름면내의 위상차 R0(550)를 0 내지 300 ㎚로 하기 위해, 필름 박리시의 응력 TF(MPa)이 0.01 MPa≤TF≤5 MPa의 범위인 것이 바람직하다. TF가 0.01 MPa 미만이면, 잘 박리할 수 없고, 한편 5 MPa를 초과하여 필름을 롤로부터 박리하면, R0(550)>300 ㎚가 되어 바람직하지 않다.
〔용융 압출법〕
용제 캐스팅법에 의해 환상 올레핀계 수지 필름을 얻는 방법으로서는 특별히 한정되는 것은 아니며, 공지된 방법을 적용할 수 있다. 예를 들면, 압출기에 부착된 다이로부터 용융 상태의 환상 올레핀계 수지를 압출하고, 상기 수지를 경면 롤 표면에 압착하고, 그 후, 냉각하고 박리하여 시트화하는 방법을 들 수 있다.
환상 올레핀계 수지를 용융하는 방법으로서는 압출기에 의해 수지를 용융하는 방법이 바람직하고, 상기 용융 수지를 기어 펌프에 의해 정량 공급하고, 이를 금속 필터 등으로 여과하여 불순물을 제거한 후, 다이로 필름 형상으로 부형하면서 압출하는 방법이 바람직하다.
다이로부터 압출된 필름을 냉각하여 시트화하는 방법으로서는 닙 롤 방식, 정전 인가 방식, 에어나이프 방식, 캘린더 방식, 단면 벨트 방식, 양면 벨트 방식, 3축 롤 방식 등을 들 수 있지만, 광학 변형이 적은 시트를 제조하기 위해서는 단면 벨트식, 그 중에서도 슬리브식이라 불리는 시트 제조 장치, 정전 인가 방식 등이 바람직하게 사용된다. 예를 들면, 다이의 토출구 하측에 경면 롤과 금속 벨트가 배치되고, 상기 경면 롤과 평행하게 배열되도록 박리 롤이 배치되어 있는 필름 제조 장치를 들 수 있다. 상기 금속 벨트는 그의 내면에 접하도록 설치된 2개의 유지 롤에 의해 장력이 작용된 상태로 유지되어 있다. 토출구로부터 토출된 수지는 상기 경면 롤과 금속 벨트 사이를 통과하여 협압(挾壓)되고, 경면 롤에 전사되어 냉각된 후, 박리 롤에 의해 박리되어 필름화된다. 또한, 토출되는 필름의 양단의 위치에서, 다이의 토출구 하측의 경면 롤에 서로 대향하도록 배치한 대전 전극으로부터, 필름을 경면 롤측에 접착시킴으로써, 광학 변형을 주지 않고 필름의 표면성을 양호하게 하는 방법 등도 바람직한 방법이다.
압출기로서는 단축, 2축, 유성식, 혼련기 등 어떤 것이라도 사용할 수 있지만, 바람직하게는 단축 압출기가 이용된다. 또한, 압출기의 스크류 형상으로서는, 벤트형, 선단 덜메이지형, 풀플라이트형 등을 들 수 있지만, 바람직하게는 풀플라이트형이다. 수지의 계량에 사용되는 기어 펌프는 내부 윤활식, 외부 윤활식 모두를 사용할 수 있지만, 그 중에서도 외부 윤활 방식이 바람직하다.
이물질의 여과에 사용하는 필터에 대해서는 리프 디스크 타입, 캔들 필터 타입, 리프 타입, 스크린 메쉬 등을 들 수 있다. 그 중에서도 수지의 체류 시간 분포를 작게 할 목적으로는 리프 디스크 타입이 가장 바람직하고, 필터의 메쉬를 의미하는 공칭 메쉬는 20 ㎛ 이하, 바람직하게는 10 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 5 ㎛ 이하인 것이다. 가장 바람직하게는 3 ㎛ 이하이다. 공칭 메쉬가 20 ㎛보다도 큰 경우에는 눈에 보이는 이물질 외에 겔 등을 제거하는 것이 어렵기 때문에, 광학 필름을 만들기 위한 필터로서는 바람직하지 않다.
다이로서는 다이 내부의 수지 유동을 균일하게 하는 것이 필수적이며, 필름의 두께 균일성을 유지하기 위해서는 다이 출구 근방에서의 다이 내부의 압력 분포가 폭 방향에서 일정한 것이 필수적이다. 이러한 조건을 만족시키는 것으로서는, 매니폴드 다이, 피쉬 테일 다이, 코트 행거 다이 등을 사용할 수 있고, 이들 중에서는 코트 행거 다이가 바람직하다. 또한 다이의 유량 조정에는 벤딩 립 타입이 바람직하다. 또한, 히트 볼트 방식에 의한 자동 제어에 의해 두께 조정을 행하는 기능이 달려 있는 다이가 특히 바람직하다. 유량 조정을 위해 초크바를 부착하는 것이나, 두께 조정을 위한 립 블록을 부착하는 것은 부착 부분에 단차를 생기게 하 거나, 부착 부분의 간극 등에 공기 등을 끌어들이거나 하여 그을음의 발생 원인이 되거나, 다이 라인의 원인이 될 수 있기 때문에 바람직하지 않다. 다이의 토출구는 텅스텐 카바이드 등의 초경질 코팅 등의 코팅이 실시되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 다이의 재질로서는 SCM계 강철, SUS 등의 스테인레스재 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 또한, 표면에 크롬, 니켈, 티탄 등의 도금이 실시된 것, PVD(물리적 증착; Physical Vapor Deposition)법 등에 의해 TiN, TiAlN, TiC, CrN, DLC(다이아몬드상 카본) 등의 피막이 형성된 것, 그 밖의 세라믹이 용사된 것, 표면이 질화 처리된 것 등을 이용할 수 있다. 이러한 다이는 표면 경도가 높고 수지와의 마찰이 작기 때문에, 얻어지는 투명 수지 시트에 그을음 찌꺼기 등이 혼입되는 것을 방지할 수 있는 동시에, 다이 라인이 발생하는 것을 방지할 수 있는 점에서 바람직하다.
경면 롤은 내부에 가열 수단 및 냉각 수단을 갖는 것이 바람직하고, 그의 표면 조도는 0.5 ㎛ 이하, 특히 0.3 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 경면 롤로서는, 금속 롤에 도금이 실시된 것을 사용하는 것이 바람직하고, 크롬 도금, 무전해 니켈 도금 등이 실시된 것이 특히 바람직하다.
경면 롤의 가열 방법은 쟈켓식 오일 온도 조절 방식이나 유전 가열 방식 등이 바람직한 방법으로서 이용된다. 롤의 가열 방법은 특별히 한정되지 않지만, 롤의 온도가 필름 제막 범위에서 온도차가 없는 것이 바람직하고, 허용되는 롤의 온도차는 바람직하게는 2 ℃ 이내, 더욱 바람직하게는 1 ℃ 이내이다.
단면 벨트식 장치나 슬리브식 인취 장치에 사용하는 금속 벨트로서는 이음매 가 없는 엔드레스 벨트를 이용하는 것이 바람직하다. 금속 벨트를 구성하는 재료로서는 스테인레스, 니켈 등을 이용할 수 있다. 또한, 금속 벨트를 유지하는 유지 롤은 그 표면이 실리콘 고무, 및 그 밖의 내열성을 갖는 엘라스토머 등에 의해 피복되어 있는 것이 바람직하다. 금속 벨트의 두께는 0.1 내지 0.4 ㎜가 바람직하고, 0.1 ㎜ 미만이면, 변형이 커서 벨트에 바로 흠집이 생길 수 있어 바람직하지 않다. 한편, 0.4 ㎜보다도 두께가 있으면, 가공시에 필름에 추종하여 변형되지 않기 때문에 바람직하지 않다.
상기 장치에 의해 예를 들면 다음과 같이 하여 필름이 제조된다.
통상적으로, 압출기에 환상 올레핀계 수지를 투입하기 전에 상기 수지에 포함되어 있는 수분, 기체(산소 등), 잔류 용제 등을 미리 제거하는 것을 목적으로 하여 상기 수지의 유리 전이 온도(Tg) 이하의 적절한 온도에서 수지의 건조를 행한다.
건조에 이용하는 건조기는 바람직하게는 불활성 가스 순환식 건조기, 진공 건조기가 이용된다. 또한, 호퍼 내에서 흡습하거나 산소의 흡수를 억제하기 위해, 호퍼를 질소나 아르곤 등의 불활성 가스로 밀봉하거나, 감압 상태로 유지할 수 있는 진공 호퍼를 사용하는 것도 바람직한 방법이다.
압출기 실린더는 용융 압출 중에 수지가 산화되어 겔 등이 발생하는 것을 방지하기 위해 질소나 아르곤 등의 불활성 가스에 의해 밀봉하는 것이 바람직하다.
압출기에 의해 용융된 환상 올레핀계 수지는 다이 토출구로부터 수직 방향인 하측을 향해 시트상으로 압출된다. 다이 출구의 온도 분포는 수지의 용융 점도차 를 적게 하기 위해 바람직하게는 ±1 ℃ 이하로 제어된다.
그 후, 압출된 수지가 경면 롤과 금속 벨트에 의해 협압되고, 냉각된다. 그리고, 경면 롤 표면에 전사된 수지가 박리용 롤에 의해 경면 롤의 표면으로부터 박리됨으로써 시트상의 필름이 제조된다.
본 발명에서는 수지의 가공 온도, 즉 압출기 및 다이의 설정 온도는 유동성이 균일한 용융 상태의 수지를 다이로부터 토출시킬 수 있고, 수지의 열화를 억제할 수 있는 측면에서, 수지의 Tg+100 ℃ 이상이고 Tg+200 ℃ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 경면 롤과 금속 벨트에 의해 수지를 협압할 때, 즉 경면 롤에 수지를 전사할 때의 압력은 바람직하게는 면압으로 0.01 내지 0.8 MPa, 특히 바람직하게는 0.1 내지 0.6 MPa이다. 특히 바람직하게는 0.15 내지 0.45 MPa이다. 상기 압력으로 하면, 얻어진 필름의 Rth(550)의 값을 적정 범위로 조정할 수 있기 때문에 매우 바람직하다.
이 때, 필름 두께 방향의 광축과 필름면에 대한 법선이 이루는 각 θ을 0 내지 3°로 하기 위해, 경면 롤과 금속 벨트의 주속도(周速度)를 가깝게 하는 것이 바람직하다. 바람직한 범위로서는, 경면 롤의 주속도를 1.00으로 했을 때에 금속 벨트의 주속도는 0.95 내지 1.05, 특히 바람직하게는 0.99 내지 1.01이다. 이러한 주속도의 범위이면, 필름 두께 방향의 광축과 필름면에 대한 법선이 이루는 각 θ이 0 내지 3°인 것을 제조할 수 있게 된다.
또한, 필름면내의 위상차 R0(550)를 0 내지 300 ㎚로 하기 위해, 필름 박리 시의 조건으로서 박리 온도 Tt(℃), 박리 응력 TF(MPa)로 할 때, 각각 Tg-30 ℃≤Tt≤Tg+5℃, 0.01 MPa≤TF≤5 MPa의 범위인 것이 바람직하다. 이 범위를 초과하여 필름을 롤로부터 박리하면, R0(550)>300 ㎚가 되어 바람직하지 않다.
<필름 연신 가공>
본 발명의 광학 필름은 상기와 같이 하여 유연법 또는 용융 압출법에 의해 얻어지는 광학 필름을 추가로 연신할 수도 있다. 이 경우의 연신 가공 방법으로서는, 구체적으로는 공지된 1축 연신법 또는 2축 연신법을 들 수 있다. 즉, 텐터법에 의한 가로 1축 연신법, 롤간 압축 연신법, 원주가 다른 2쌍의 롤을 이용하는 세로 1축 연신법 등, 또는 가로 1축과 세로 1축을 조합한 2축 연신법, 인플레이션법에 의한 연신법 등을 이용할 수 있다.
1축 연신법의 경우, 연신 속도는 통상적으로는 1 내지 5,000%/분이고, 바람직하게는 50 내지 1,000%/분이고, 더욱 바람직하게는 100 내지 1,000%/분이고, 특히 바람직하게는 100 내지 500%/분이다.
2축 연신법의 경우, 동시 2 방향으로 연신을 행하는 경우나 1축 연신 후에 최초의 연신 방향과 다른 방향으로 연신 처리하는 경우가 있다. 이 때, 연신 후의 필름의 굴절률 타원체의 형상을 제어하기 위한 2개의 연신축의 교차 각도는 원하는 특성에 따라 결정되기 때문에 특별히 한정은 되지 않지만, 통상적으로는 120 내지 60도의 범위이다. 또한, 연신 속도는 각 연신 방향에서 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있으며, 통상적으로는 1 내지 5,000%/분이고, 바람직하게는 50 내지 1,000% /분이고, 더욱 바람직하게는 100 내지 1,000%/분이며, 특히 바람직하게는 100 내지 500%/분이다.
연신 가공 온도는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 본 발명의 수지의 유리 전이 온도 Tg를 기준으로 하여 통상적으로는 Tg±30 ℃, 바람직하게는 Tg±15℃, 더욱 바람직하게는 Tg-5℃ 내지 Tg+15 ℃의 범위이다. 상기 범위 내로 함으로써, 위상차 불균일의 발생을 억제하는 것이 가능해지고, 또한 굴절률 타원체의 제어가 용이해지는 점에서 바람직하다.
연신 배율은 원하는 특성에 따라 결정되기 때문에 특별히 한정은 되지 않지만, 통상적으로는 1.01 내지 10배, 바람직하게는 1.03 내지 5배, 더욱 바람직하게는 1.03 내지 3배이다. 연신 배율이 10배를 초과하면, 위상차의 제어가 곤란해지는 경우가 있다.
연신한 필름은 그대로 냉각할 수 있지만, Tg-20 ℃ 내지 Tg의 온도 분위기 하에 적어도 10초 이상, 바람직하게는 30초 내지 60분간, 더욱 바람직하게는 1분 내지 60분간 유지하여 열 세팅하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 투과광의 위상차의 경시 변화가 적어 안정된 위상차 필름이 얻어진다.
연신 가공을 실시하지 않은 경우의 본 발명의 광학 필름의 가열에 의한 치수 수축률은 100 ℃에서의 가열을 500 시간 행한 경우에 통상적으로 5% 이하, 바람직하게는 3% 이하, 더욱 바람직하게는 1% 이하, 특히 바람직하게는 0.5% 이하이다.
또한, 본 발명의 광학 필름의 가열에 의한 치수 수축률은 100 ℃에서의 가열 을 500 시간 행한 경우에 통상적으로 10% 이하, 바람직하게는 5% 이하, 더욱 바람직하게는 3% 이하, 특히 바람직하게는 1% 이하이다.
치수 수축률을 상기 범위 내로 하기 위해서는 본 발명의 수지의 원료인 특정 단량체나 공중합성 단량체의 선택에 더하여, 캐스팅 방법이나 연신 방법에 의해 컨트롤하는 것이 가능하다.
상기와 같이 하여 연신한 필름은 연신에 의해 분자가 배향하여 투과광에 위상차를 주게 되지만, 이 위상차는 연신 배율, 연신 온도 또는 필름의 두께 등에 의해 제어할 수 있다. 예를 들면, 연신전의 필름의 두께가 동일한 경우, 연신 배율이 큰 필름일수록 투과광의 위상차의 절대치가 커지는 경향이 있기 때문에, 연신 배율을 변경함으로써 원하는 위상차를 투과광에 제공하는 위상차 필름을 얻을 수 있다. 한편, 연신 배율이 동일한 경우, 연신전의 필름의 두께가 두꺼울수록 투과광의 위상차의 절대치가 커지는 경향이 있기 때문에, 연신전의 필름의 두께를 변경함으로써 원하는 위상차를 투과광에 제공하는 위상차 필름을 얻을 수 있다. 또한, 상기 연신 가공 온도 범위에서는 연신 온도가 낮을수록 투과광의 위상차의 절대치가 커지는 경향이 있기 때문에, 연신 온도를 변경함으로써 원하는 위상차를 투과광에 제공하는 위상차 필름을 얻을 수 있다.
상기와 같이 연신하여 얻은 광학 필름(위상차 필름)의 두께는 통상적으로 100 ㎛ 이하, 바람직하게는 100 내지 20 ㎛, 더욱 바람직하게는 80 내지 20 ㎛이다. 두께를 얇게 함으로써 위상차 필름이 사용되는 분야의 제품에 요구되는 소형화, 박막화에 크게 대응할 수 있다. 여기서, 위상차 필름의 두께를 컨트롤하기 위 해서는, 연신전의 광학 필름의 두께를 컨트롤하거나 연신 배율을 컨트롤함으로써 이룰 수 있다. 예를 들면, 연신전의 광학 필름을 얇게 하거나 연신 배율을 비교적 크게 함으로써 한층 더 위상차 필름의 두께를 얇게 할 수 있다.
<필름 특성>
본 발명의 광학 필름은 이상과 같이 하여 용제 캐스팅법(유연법), 또는 용융 압출법에 의해 제막화된 후, 원통형 또는 원주형의 상기 코어를 축으로 하여 권취된다. 또한, 원하는 위상차와 광축 각도로 하기 위해 추가로 연신 가공하여 필름으로 할 수 있다. 이 필름의 폭은 1,500 ㎜ 이상, 바람직하게는 1,700 ㎜ 이상, 더욱 바람직하게는 1,700 ㎜ 내지 3,000 ㎜이다. 필름의 폭이 1,500 ㎜ 미만이면, LCD를 대형화할 수 없다.
본 발명의 광학 필름은 광선 파장 550 ㎚에서의 필름면내의 최대 굴절률을 nx, 필름면내에서 nx에 대하여 직교하는 방향의 굴절률을 ny, 필름 두께 방향의 굴절률을 nz, 필름 두께를 d〔㎚〕로 할 때, 필름면내의 위상차 R0(550)=(nx-ny)×d의 값이 0 내지 300 ㎚이고, 바람직하게는 10 내지 200 ㎚, 더욱 바람직하게는 30 내지 100 ㎚이다. 필름면내의 위상차가 300 ㎚를 초과하면, 광 누설이 발생하기 쉬워져 콘트라스트비가 저하될 우려가 있다.
또한, 본 발명의 광학 필름은 필름 두께 방향의 위상차 Rth(550)={(nx+ny)/2-nz}×d의 값이 30 내지 300 ㎚, 바람직하게는 50 내지 250 ㎚, 더욱 바람직하게는 100 내지 250 ㎚이다. Rth(550)의 값이 이 범위에 있으면, 상기 광학 필름을 시야각 보상을 목적으로 하여 이용한 경우, 얻어진 액정 패널의 콘트라스트비가 크면서, 컬러 시프트가 작아져서 시야각 특성이 매우 양호해진다. Rth(550)가 30 ㎚ 미만이면, 본 발명의 시야각 보상 필름을 액정 패널에 이용했을 때, 광 누설이 발생하기 쉬워져 시야각이 좁아진다. 한편, 300 ㎚를 초과하면, 컬러 시프트가 커져 버리는 문제가 있다.
또한, 본 발명의 광학 필름은 필름 두께 방향의 광축과 필름면에 대한 법선이 이루는 각 θ가 0 내지 3°이고, 바람직하게는 0 내지 2°, 더욱 바람직하게는 0 내지 1°, 특히 바람직하게는 0 내지 0.5°이다. θ가 3°를 초과하면, 컬러 시프트나 콘트라스트비가 액정 패널을 관찰하는 방위에 따라 달라지고, 편광판의 투과축에 대하여 비대칭이 되어 버리기 때문에 바람직하지 않다.
또한, 본 발명의 광학 필름에 있어서, 상기 R0의 변동은 ±10% 이하, 바람직하게는 ±5% 이하, 더욱 바람직하게는 ±2% 이하이다.
여기서, R0의 변동은 오쓰카 덴시(주) 제조의 위상차 필름 검사 장치 "RETS"를 이용하여 필름의 임의의 부분을 1 ㎡ 샘플링하여 필름면내를 1 cm 간격으로 측정한 값이다.
R0의 변동이 ±10%를 초과하면, 액정 디스플레이에 사용했을 때에 광학적으로 불균일이 발생하여, 부분적인 광 누설이나 색 불균일이 발생하기 때문에 바람직하지 않다.
또한, 본 발명의 광학 필름에서는 필름면내 방향의 광축(필름면내에서의 굴절률의 최대 방향)의 변동이 중심값±10도 이하, 바람직하게는 중심값±3도 이하, 더욱 바람직하게는 중심값±1도 이하, 가장 바람직하게는 중심값±0.5도 이하이다. 필름면내의 광축의 변동이 중심값±10도를 초과하면, 액정 디스플레이에 사용했을 때에 광학적으로 불균일이 발생하여, 부분적인 광 누설이나 색 불균일이 발생하기 때문에 바람직하지 않다.
한편, 상기 광축의 변동은 오쓰카 덴시(주) 제조의 위상차 필름 검사 장치 "RETS"를 이용하여 필름의 임의의 부분을 1 ㎡ 샘플링하여 필름면내를 1 cm 간격으로 측정한 값이다.
여기서, 광축이란 지상축(遲相軸)의 방향을 의미하며, 광학 필름의 압출 방향(MD 방향)이나 연신 방향이 일반적으로 대응한다. 따라서, 광축의 어긋남(변동)이란 지상축 방향의 어긋남이고, 광학 필름의 압출 방향(MD 방향)이나 연신 방향에서 발생한 지상축에 대한 어긋남을 의미한다.
상기 R0, Rth, θ, R0의 변동 및 광축의 변동의 특성은 예를 들면 하기 방법에 의해 조정할 수 있다.
(1) R0(550)의 값을 0 내지 300 ㎚로 하기 위해서는 용제 캐스팅법으로 성형하는 경우에 필름 박리시의 장력 TF(kgf)을 0.01 MPa≤TF≤5 MPa의 범위로 하고, 또는 용융 압출법으로 성형하는 경우에 필름 박리시의 조건이 박리 온도 Tt(℃), 박리 장력 TF(kgf)으로 할 때, 각각 Tg-30℃≤Tt≤Tg+30℃, 0.01 MPa≤TF≤5 MPa의 범위로 하면 바람직하다.
(2) Rth(550)의 값을 30 내지 300 ㎚로 하기 위해서는, 용제 캐스팅법으로 성형하는 경우에 기재로부터 박리하기까지의 건조 공정을 2단 이상의 복수 공정으 로 하고, 2단째 이후의 건조 공정에서의 온도를 50 내지 200 ℃, 바람직하게는 70 내지 180 ℃로 하고, 또는 용융 압출법으로 성형하는 경우에 경면 롤에 수지를 전사할 때의 압력을 면압으로 바람직하게는 0.01 내지 0.80 MPa, 더욱 바람직하게는 0.10 내지 0.60 MPa로 하면 바람직하다. 특히 바람직하게는 0.15 내지 0.45 MPa이다.
(3) θ의 값을 0 내지 3°로 하기 위해서는 용제 캐스팅법으로 성형하고, 또는 용융 압출법으로 성형하는 경우에 경면 롤의 주속도를 1.00으로 했을 때에 금속 벨트의 주속도를 0.95 내지 1.05로 하면 바람직하다. 또는, 토출한 필름을 정전 압착에 의해 롤에 밀착한다.
(4) R0의 변동을 ±10% 이하로 하기 위해서는 필름 두께 분포를 ±10% 이하, 바람직하게는 ±5% 이하, 더욱 바람직하게는 ±1% 이하로 하거나, 연신 가공할 때에 생기는 응력이나 온도 분포를 최대한 적게 하여 바람직하게는 ±10% 이하, 더욱 바람직하게는 ±5% 이하, 특히 바람직하게는 ±1% 이하로 하면 바람직하다.
(5) 광축의 변동을 중심값±10도 이하로 하기 위해서는 필름 두께 분포를 ±10% 이하, 바람직하게는 ±5% 이하, 더욱 바람직하게는 ±1% 이하로 하거나, 연신 가공할 때에 생기는 응력이나 온도 분포를 최대한 적게 하여 바람직하게는 ±10% 이하, 더욱 바람직하게는 ±5% 이하, 특히 바람직하게는 ±1% 이하로 하면 바람직하다.
한편, 본 발명의 광학 필름에 이용되는 필름 중의 잔류 용매량은 통상적으로 는 10 중량% 이하, 바람직하게는 5 중량% 이하, 더욱 바람직하게는 1 중량% 이하, 특히 바람직하게는 0.5 중량% 이하이다. 여기서, 잔류 용매량이 상기 범위를 초과하면, 실제로 사용했을 때에 시간 경과에 따른 치수 변화가 커지는 경향이 있고, 또한 잔류 용매에 의해 Tg가 낮아져 내열성이 저하될 수 있다.
또한, 본 발명의 광학 필름의 두께는 용도에 따라 다르지만, 통상적으로 1 내지 500 ㎛, 바람직하게는 1 내지 300 ㎛, 더욱 바람직하게는 1 내지 200 ㎛이다. 1 ㎛ 미만의 두께의 경우, 실질적으로 취급이 곤란해진다. 한편, 500 ㎛를 초과하는 경우, 상기 가공전 필름을 롤형으로 권취했을 때에, 소위 "권취 자국"이 생겨 후가공 등에서의 취급이 곤란해지는 경우가 있고, 또한 투과율이 저하되기 때문에 바람직하지 않다.
상기 필름의 두께 분포는 통상적으로 평균치에 대하여 ±10% 이내, 바람직하게는 ±5% 이내, 더욱 바람직하게는 ±1% 이내, 특히 바람직하게는 ±0.5% 이내이다. 또한, 1 cm당 두께의 변동은 통상적으로는 1% 이하, 바람직하게는 0.1% 이하, 더욱 바람직하게는 0.01% 이하, 특히 바람직하게는 0.005% 이하인 것이 바람직하다. 광학 필름의 두께 분포를 상기 범위내로 제어함으로써, 경우에 따라 연신 가공 처리를 행할 때에 위상차 불균일이나 광축의 배향 불균일이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
여기서, 두께 분포는 MOCON사 제조의 필름 두께 측정 장치 "Profiler 140E"에 의해 1 ㎜ 간격으로 측정한 값이다.
<편광판>
본 발명의 편광판은 PVA계 필름 등을 포함하는 편광자의 적어도 한쪽 면에 본 발명의 시야각 보상 필름인 광학 필름을 PVA 수지를 주체로 한 수용액을 포함하는 수계 접착제, 극성기 함유 점접착제, 광경화성 접착제 등을 사용하여 접합하고, 필요에 따라 이를 가열 또는 노광하고, 압착하여 편광자와 시야각 보상 필름을 접착(적층)시킴으로써 제조할 수 있다.
<액정 패널>
본 발명의 액정 패널은 2장의 유리 기판 사이에 액정이 협지되어 이루어지는 액정 표시 소자의 적어도 한쪽 면에 본 발명의 편광판을 접합하고, 액정 표시 소자와 편광판을 접착(적층)시킴으로써 제조할 수 있다. 이 때, 유리 기판의 양면에 편광판이 사용된다.
<실시예>
이하, 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
한편, 이하에 있어서, "부", "%"는 특별히 언급이 없는 한 "중량부", " 중량%"를 의미한다.
또한, 실시예 중의 필름 물성은 다음과 같이 하여 측정하였다.
필름면내의 위상차 R0(550)〔㎚〕
오쓰카 덴시(주) 제조의 위상차 필름 검사 장치 "RETS"를 이용하여, 필름의 임의의 부분을 1 ㎡ 샘플링하여 필름면내를 1 cm 간격으로 측정하였다.
필름 두께 방향의 위상차 Rth(550)〔㎚〕
오쓰카 덴시(주) 제조의 위상차 필름 검사 장치 "RETS"를 이용하여, 필름의 임의의 부분을 1 ㎡ 샘플링하여 필름면내를 1 cm 간격으로 측정하였다.
필름 두께 방향의 광축과 필름면에 대한 법선이 이루는 각 θ〔도〕
오지 게이소꾸 기키(주) 제조의 필름 검사 장치 "KOBRA 21ADH"를 이용하여, 필름의 임의의 부분을 1 ㎡ 샘플링하여 필름면내를 5 cm 간격으로 측정하였다.
필름면내의 광축의 변동〔%〕
오쓰카 덴시(주) 제조의 위상차 필름 검사 장치 "RETS"를 이용하여, 필름의 임의의 부분을 1 ㎡ 샘플링하여 필름면내를 1 cm 간격으로 측정하였다.
실시예 1
환상 올레핀계 수지로서, 시판되는 노르보르넨계 수지(JSR 가부시끼가이샤 제조: 노르보르넨계 수지 D4531, Tg=130 ℃)를 이용하였다. 원료 수지를 100 ℃ 질소하에서 4 시간 제습 건조를 실시하였다. 이 건조 수지를 질소 기류하에서 일정량 공급하고, 단축 압출기(지엠 엔지니어링 제조: 90 ㎜Φ 압출기)를 이용하여 260 ℃에서 용융하고, 용융 수지를 기어 펌프를 이용하여 100 kg/hr로 정량 공급하였다. 용융 수지를 리프 디스크형 중합체 필터(니혼 세이센 가부시끼가이샤 제조: 공칭 메쉬 3 ㎛)를 사용하여 275 ℃에서 여과를 행하였다. 중합체 필터의 전후의 수지의 압력차는 3.5 MPa였다. 여과한 용융 수지를 1,800 ㎜의 T 다이에 유도하여 260 ℃에서 압출하였다. 이 때의 T 다이의 선단의 개구는 0.5 ㎜였다.
또한, T 다이의 선단 부분에는 초경질 WC 코팅을 100 ㎛의 두께로 엣지 부분의 양측에 10 ㎜씩 용사하고, 직각으로 연마한 T 다이를 이용하여 육안으로 확인할 수 있는 다이 라인이 없음을 확인하였다.
T 다이 선단과 전사하는 경면 롤 사이의 간격(에어 갭)을 65 ㎜로 하여 하기 롤로 유도하였다.
전사시킨 롤은 쟈켓 가열 방식 롤(도쿠덴사 제조: 1,750 ㎜ 폭, 250 ㎜ φ)을 이용하여 128 ℃로 가열하였다. 금속 슬리브는 실리콘 고무를 피복한 150 ㎜φ 롤(쟈켓 온도 조절 가열: 125℃)과 수냉각 롤로 지지하였다.
금속 슬리브는 두께 250 ㎛의 니켈제이고, 그의 표면 조도는 0.15 s였다.
압출한 수지 필름을 주속도가 9.88 m/분인 경면 롤과, 9.88 m/분의 주속도인 슬리브 사이에 끼워서 필름 양면에서 냉각하였다. 이 때의 압착력은 슬리브의 구동 에어의 압력을 0.18 MPa로 하여 압착하였다. 다음으로 120 ℃의 냉각 롤 및 115 ℃의 냉각 롤에 순서대로 접촉시켜 필름을 냉각하였다. 그 후, 106 ℃의 박리 롤을 통해 0.4 MPa의 박리 장력을 걸어 필름을 인취하였다. 박리시의 필름 표면의 온도는 107 ℃였다.
이와 같이 하여 제조된 필름을 계속해서 두께 3 ㎜의 펠트 직물을 감은 6인치 직경의 폴리프로필렌을 포함하는 코어재에 권회하여 폭이 1,700 ㎜인 필름 롤로 하였다.
얻어진 필름의 평균 두께는 102 ㎛였다.
또한, 얻어진 필름의 R0은 5 ㎚, Rth는 10 ㎚, θ는 0.1도이고, 상기와 같이 하여 측정된 R0의 변동은 ±5% 이하, 필름면내의 광축의 변동은 중심값±1.0도 이하였다.
실시예 2
실시예 1에서 얻은 필름 롤을 이용하고, 연속적으로 온도 140 ℃에서 롤 닙식의 세로 1축 연신 장치를 이용하여 1.3배로 필름 길이 방향으로 1축 연신하였다. 그 후, 텐터식의 가로 1축 연신기를 이용하여 온도 138 ℃에서 연속적으로 1.4배 필름 폭 방향으로 1축 연신하였다. 이 때, 연신시의 노 내의 온도 분포 및 응력 분포가 1% 이내가 되도록 조정하여 행하였다. 상기 연신이 종료한 후, 최종적으로 실시예 1에서 사용한 코어재에 감아 롤상의 필름을 얻었다.
얻어진 필름의 평균 두께는 65 ㎛였다.
또한, 얻어진 필름의 R0은 55 ㎚, Rth는 120 ㎚, θ은 0.0도이고, 상기와 같이 하여 측정된 R0의 변동은 ±1% 이하, 필름면내의 광축의 변동은 중심값±0.5도 이하였다. 여기서, 필름면내의 광축은 필름 길이 방향에 수직이었다.
실시예 3
폴리비닐알코올(이하 "PVA"라 약칭)을 요오드 농도 0.03 중량%, 요오드화칼륨 농도 0.5 중량%의 30 ℃ 수용액의 염색욕에서 연신 배율 3배로 예비 연신을 실시한 후, 붕산 농도 5 중량%와 요오드화칼륨 농도 8 중량%의 수용액의 55 ℃의 가교욕 중에서 추가로 2배로 후연신하여 건조 처리하여 편광자를 얻었다.
이어서, 중합도 1700의 PVA를 5% 녹인 수용액을 접착제로 이용하여 편광자의 한쪽 면에 실시예 1의 필름을 붙이고, 다른 한쪽 면에 실시예 2의 필름을 연속적으로 붙여 편광판을 얻었다. 상기 편광판의 투과율과 편광도를 조사한 결과, 44.0%, 99.99%였다.
실시예 4
실시예 3에서 얻은 편광판을 VA 방식의 32 인치의 액정 텔레비젼의 액정 패널 양면에 접착되어 있는 편광판과 위상차 필름을 박리한 후, 양면에 편광판의 흡수축이 수직이 되는 상태(크로스니콜 상태)로 접착하였다. 그 후, 흑표시로 하여 광 누설 상태를 관찰한 결과, 광 누설도 없고 불균일이 없는 양호한 상태임을 확인할 수 있었다.
비교예 1
실시예 1에 있어서, 압출한 수지 필름을 주속도가 5.50 m/분인 경면 롤로 하고, 슬리브의 구동 에어의 압력을 0.08 MPa로 한 것 이외에는 동일하게 하여 롤 필름을 얻었다.
얻어진 필름의 평균 두께는 101 ㎛였다.
또한, 얻어진 필름의 R0은 8 ㎚, Rth는 12 ㎚, θ은 6.5도이고, 상기와 같이 하여 측정된 R0의 변동은 최대 12%, 필름면내의 광축의 변동은 중심값 최대 12도였다.
비교예 2
비교예 1의 롤 필름을 이용하고, 실시예 2에서의 연신시의 노 내의 온도 분포 및 응력 분포가 각각 12%, 11%가 된 것 이외에는 동일하게 하여 연신 필름 롤을 얻었다.
얻어진 필름의 평균 두께는 63 ㎛였다.
또한, 얻어진 필름의 R0은 58 ㎚, Rth는 125 ㎚, θ은 3.5도이고, 상기와 같 이 하여 측정된 R0의 변동은 최대 14%, 필름면내의 광축의 변동은 중심값 최대 12도였다. 여기서, 필름면내의 광축은 필름 길이 방향에 수직이었다.
비교예 3
비교예 2, 비교예 3에서 얻은 롤상 필름을 사용한 것 이외에는 실시예 3과 동일하게 하여 편광판을 얻었다.
상기 편광판의 투과율과 편광도를 조사한 결과, 43.0%, 99.6%였다.
비교예 4
비교예 3에서 얻은 편광판을 사용한 것 이외에는 실시예 4와 동일하게 하여 흑표시로 하여 광 누설 상태를 관찰한 결과, 화면에 부분적으로 광 누설이 발생하여 불균일이 있는 상태를 확인하였다.
<산업상이용가능성>
본 발명의 광학 필름 및 편광판은 예를 들면 휴대 전화, 디지탈 정보 단말기, 무선 호출기, 네비게이션, 차량 탑재용 액정 디스플레이, 액정 모니터, 조광 패널, OA 기기용 디스플레이, AV 기기용 디스플레이 등의 각종 액정 표시 소자나 전계 발광 표시 소자 또는 터치 패널 등에 사용할 수 있다. 또한, CD, CD-R, MD, MO, DVD 등의 광 디스크의 기록·재생 장치에 사용되는 파장판으로서도 유용하다.
본 발명에 따르면, 필름의 폭이 1,500 ㎜ 이상이기 때문에 LCD의 대형화에 대응할 수 있고, 게다가 광 누설이 없고 컬러 시프트가 발생하지 않는, 시야각이 넓은 액정 패널이 얻어지는 광학 필름과, 이를 이용한 편광판 및 액정 패널을 얻을 수 있다.

Claims (9)

  1. 환상 올레핀계 수지를 포함하는 광학 필름이며, 필름의 폭이 1,500 ㎜ 이상이고, 광선 파장 550 ㎚에서의 필름면내의 최대 굴절률을 nx, 필름면내에서 nx에 대하여 직교하는 방향의 굴절률을 ny, 필름 두께 방향의 굴절률을 nz, 필름 두께를 d〔㎚〕로 할 때,
    필름면내의 위상차 R0(550)〔㎚〕=(nx-ny)×d, 필름 두께 방향의 위상차 Rth(550)〔㎚〕={(nx+ny)/2-nz}×d, 및 필름 두께 방향의 광축과 필름면에 대한 법선이 이루는 각 θ〔도〕가 각각 0≤R0(550)≤300, 30≤Rth(550)≤300, 0≤θ≤3이고, R0의 변동이 ±10% 이하이고, 필름면내 방향의 광축의 변동이 중심값±10도 이하인 광학 필름.
  2. 제1항에 있어서, 환상 올레핀계 수지가 하기 화학식 1로 표시되는 화합물의 (공)중합체인 광학 필름.
    <화학식 1>
    Figure 112007044972771-PAT00002
    (화학식 1 중, R1 내지 R4는 수소 원자, 할로겐 원자, 탄소수 1 내지 30의 탄화수소기, 또는 그 밖의 1가의 유기기이고, 각각 동일 또는 상이할 수 있고, 또 한 R1 내지 R4 중 임의의 2개가 서로 결합하여 단환 또는 다환 구조를 형성할 수 있으며, m은 0 또는 양의 정수이고, p는 0 또는 양의 정수임)
  3. 용융 상태의 환상 올레핀계 수지를 압출하고, 상기 수지를 경면 롤 표면에 압착하고, 그 후, 냉각하여 박리하는 광학 필름의 제조 방법이며, 필름 박리시의 조건이 박리 온도 Tt(℃), 박리 장력 TF(kgf), 환상 올레핀계 수지의 유리 전이 온도 Tg(℃)로 할 때, 각각 Tg-30℃≤Tt≤Tg+30℃, 0.01 MPa≤TF≤5 MPa의 범위로 하는 것을 특징으로 하는 광학 필름의 제조 방법.
  4. 용융 상태의 환상 올레핀계 수지를 압출하고, 상기 수지를 경면 롤 표면에 압착하고, 그 후, 냉각하여 박리하는 광학 필름의 제조 방법이며, 경면 롤에 수지를 전사할 때의 압력을 면압으로 0.01 내지 0.80 MPa로 하는 것을 특징으로 하는 광학 필름의 제조 방법.
  5. 제3항에 기재된 제조 방법에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는 광학 필름.
  6. 제4항에 기재된 제조 방법에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는 광학 필름.
  7. 편광자의 적어도 한쪽 면에 제1항에 기재된 광학 필름이 적층되어 이루어지 는 것을 특징으로 하는 편광판.
  8. 액정 표시 소자의 적어도 한쪽 면에 제7항에 기재된 편광판이 적층되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정 패널.
  9. 제8항에 있어서, IPS(평면내 스위칭; In Plane Switching) 모드 또는 VA(수직 배향; Vertical Alignment) 모드인 액정 패널.
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