KR20090109074A - 편광필름의 제조방법 및 제조장치 - Google Patents

Abstract

[과제]

우수한 광학특성을 가짐과 동시에, 1축 연신 시에 발생하는 넥-인을 억제하여 폭이 넓은 편광필름을 얻는다.

[해결 수단]

연신장치(5)에 있어서, 상류 측에 설치되어 있는 제 1의 연신 롤(21)의 롤 면의 일부를 대기 중에 노출하고, 나머지 부분을 용액 중에 침지한다. 필름(11)을 제 1의 연신 롤(21)과 제 1의 닙 롤(31)로 대기 중에 노출되어 있는 롤 면(41)에 끼우고, 그리고 제 1의 연신 롤(21)에 밀착시킨 채로 용액(15a) 중으로 가져온다. 필름(11)을 제 2의 연신 롤(22)과 제 2의 닙 롤(32)로 끼워서 인수하고 장력을 부여하여 1축 연신한다.

편광필름

Description

편광필름의 제조방법 및 제조장치{METHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTURING POLARIZING FILM}

본 발명은, 요오드(iodine) 등의 이색성 물질이나 유기성 염료로 이루어지는 이색성 염료를 염착시킨 폴리비닐알코올계 필름을, 소정의 용액 중에서 1축 연신하여 편광필름을 얻는 편광필름의 제조방법 및 제조장치에 관한 것이다.

텔레비전 장치, PC용 모니터 장치 등의 표시장치로서 최근 액정패널, 이른바 LCD의 수요가 증가하고 있다. LCD는 액정 조성물로 이루어지는 액정층과, 액정층을 사이에 끼고 봉인된(sealed) 2매의 투명기판과, 2매의 투명기판의 표면에 부착된 2매의 편광필름을 기본 구조로, 거기에 백라이트를 안내하는 도광판 등의 소정의 기능을 부가하는 복수 매의 판, 시트 등이 결합, 부착되어 제조된다. 편광필름은, 이른바 편광 축을 가지고, 소정의 진동방향의 빛만을 투과시키고 다른 진동방향의 빛을 흡수한다. LCD를 구성하고 있는 2매의 편광필터는 서로 편광 축이 직교하도록 결합, 부착되어 있으므로, LCD의 이면으로부터 비추어지는 백라이트는 통상 차광되어 LCD의 표면에는 이르지 못하지만, 액정에 전압을 인가하면 액정층에서 빛의 진동방향이 변화하여 편광필터를 통과시킬 수 있다. 이와 같이 LCD에서는 액정에 인 가하는 전압을 제어하여 화상을 표시한다.

LCD의 제조에 없어서는 안 되는 편광필름은, 종래에 널리 알려진 바와 같이, 폴리비닐알코올, 폴리비닐포말, 폴리비닐아세탈 등의 폴리비닐알코올계의 필름, 즉 PVA계 필름에 요오드 등의 이색성 물질이나 유기성 염료로 이루어지는 이색성 염료를 염착시키고, 한 방향으로 늘어나게 하는 이른바 1축 연신을 걸쳐 제조되고 있다. 그리고 편광필름에는, 소정의 강도를 얻음과 동시에 습도로부터 보호하기 위하여 TAC(Triacetylcellulose) 등으로 이루어지는 보호층이 결합, 부착되고 있다. 투과율 및 편광도 등의 광학특성은 LCD의 밝기와 색 재현성에 영향을 미치므로, LCD에 이용되는 편광필름에는 높은 투과율과 높은 편광도가 요구된다.

원료인 필름을 1축 연신하면, 연신 방향과 직교하는 방향, 즉 필름의 폭 방향으로 넥-인(neck-in)으로 불리는 수축이 생긴다. 원료인 PVA계 필름은, 롤 형상으로 감긴 원단(original fabric)으로 공급되고 있는데, 일반적으로 유통되고 있는 원단 필름의 폭은 규격적인 동일한 길이이다. 따라서, 각별하게 폭이 넓은 필름을 원료로 하지 않는 이상 1축 연신에 의해서 생기는 넥-인의 크기가, 얻어지는 편광필름의 폭을 결정해 버린다. 최근, LCD의 대형화가 추세로 되고 보다 폭이 넓은 편광필름이 요구되고 있어, 필요한 광학특성을 유지하면서 넥-인을 억제하여 폭이 넓은 편광필름을 얻는 기술이 요구되고 있다.

필름은, 필름을 송출하는 2개의 연신용 롤 사이에서 1축 연신되는데, 하류 측의 연신용 롤의 주속도(周速度)를 상류 측의 연신용 롤의 주속도보다 크게 하고, 필름에 장력을 부여하여 연신한다. 이때, 필름이 연신용 롤 위에서 미끄러지지 않 도록 각각의 연신용 롤에는 닙 롤이 설치되고, 필름은 닙 롤과 연신용 롤에 끼워서 송출되도록 되어 있다. 대표적인 1축 연신법에는, 연신 롤에 가열 롤을 이용하여 필름을 가열하면서 대기 중에서 연신하는, 이른바 건식 연신법과, 필름을 소정의 용액 중에 침지하면서 연신하는, 이른바 습식 연신법이 알려져 있다. 건식 연신법은 필름이 파단되기 쉬운 결점이 있어, 충분히 연신되지 못하고 필요한 광학특성을 얻기 어렵다. 한편, 습식 연신법은 필름이 쉽게 파단되지 않고 충분히 연신될 수 있으므로 필요한 광학특성을 얻기 쉽다. 따라서, 최근에는 습식 연신법이 주류가 되고 있다.

특허문헌 1: 일본 특허공개 제2008-15000호 공보

특허문헌 1에는, 습식 연신법을 실시하는 필름 제조장치로서, 롤 위치의 변경이 가능한 복수의 연신 롤이 설치되어 복수 단에 걸쳐 필름을 연신할 수 있는 필름 제조장치가 기재되어 있다. 하지만, 넥-인은 주로 필름이 연신될 때 발생하고 필름이 연신되는 거리, 이른바 연신간 거리가 길수록 필름의 폭방향의 구속이 작용하기 어렵고 넥-인이 커진다. 일반적으로, 필름은 롤에 권취되어 있는 구간에서는 롤에 의해서 구속되어 연신되지 않기 때문에, 연신간 거리는 한쪽의 연신 롤로부터 떨어져 다른 한쪽의 연신 롤에 접촉할 때까지의 필름의 길이에서 주어진다. 특허문헌 1에 기재의 필름 제조장치는 롤 위치를 변경할 수 있으므로, 연신간 거리를 짧게 하여 넥-인을 억제할 수 있다.

특허문헌 1에 기재된 필름 제조장치에 의해서도, 광학특성을 확보하면서 넥-인을 억제하여 폭이 넓은 편광필름을 얻을 수 있지만, 개량해야 할 점도 찾아볼 수 있다. 즉, 특허문헌 1에 기재의 필름 제조장치에 의하면, 외관상의 연신간 거리는 짧게 할 수 있지만, 종래 주지의 습식 연신법과 동일한 방법으로, 실제로는 이하에서 설명하는 바와 같이 실질적인 연신간 거리는 짧지 않다.

도 5에는, 종래 주지의 습식 연신법을 실시하는, 연신조(槽)와 연신 롤 등으로 이루어지는 필름 제조장치가 기재되어 있다. 연신조(81)에는, 소정의 용액(82)이 채워져 있고 용액(82) 중에 제 1, 2의 연신 롤(83, 84)과, 제 1, 2의 연신 롤(83, 84)에 대응하여 설치되어 있는 제 1, 2의 닙 롤(85, 86)이 침지되어 있다. 그리고 제 1, 2의 가이드 롤(87, 88)이 연신조(81)의 위쪽의 소정의 위치에 설치되어 있다. 이러한 필름 제조장치에 요오드로 이루어지는 이색성 물질이 염착된 PVA 필름(90)이, 제 1의 가이드 롤(87)에 가이드되어 제 1의 닙 롤(85)과 제 1의 연신 롤(83)에 의해서, 도면에 있어 역 S자 모양을 보이듯이 권취되어 있다. 나아가 PVA 필름(90)은, 부호 91로 나타내고 있는 바와 같이 제 1, 2의 연신 롤(83, 84)에 감겨 회전되고, 제 2의 연신 롤(84)과 제 2의 닙 롤(86)에 의해서, 도면에 있어 S자 모양을 보이듯이 권취된 후, 제 2의 가이드 롤(88)에 가이드되어 부호 92로 나타내고 있는 바와 같이, 우측으로 보내지고 있다. 본 제조장치에서는, 상류 측의 제 1의 연신 롤(83)의 주속도에 비해서, 하류 측의 제 2의 연신 롤(84)의 주속도를 크 게 하고, PVA 필름(90)에 장력을 부여하여 1축 연신하고 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 연신간 거리는 한쪽의 연신 롤로부터 떨어져 다른 한쪽의 연신 롤에 접촉할 때까지의 필름의 길이에서 주어지므로, 부호 94로 나타내고 있는 거리가 되는 것이 정상이다. 하지만, 화살표 95와 화살표 96으로 나타내고 있는 부분으로부터 용액(82)이 말려들어, PVA 필름(90)과 제 1의 연신 롤(83)의 사이, PVA 필름(90)과 제 2의 연신 롤(84)의 사이에 얇은 용액(82) 층이 형성된다. 이렇게 되면, PVA 필름(90)은 제 1, 2의 연신 롤(83, 84)에 밀착되지 않기 때문에 마찰력이 충분히 작용하지 않고, 부호 97, 98로 나타내고 있는 점선 부분의 PVA 필름(90)도 구속되지 않고 연신되어 버린다. 즉, 본 필름 제조장치에서 실질적인 연신간 거리는, 외관상의 연신간 거리(94)에 부호 97, 98로 나타내고 있는 점선의 길이가 합계된 거리가 된다.

특허문헌 1에 기재된 필름 제조장치에 있어서도, 종래 주지의 필름 제조장치와 동일하게, 필름과 연신 롤의 사이에 얇은 용액 층이 생기기 때문에, 필름은 연신 롤에 권취된 부분에 있어도 연신되어 버린다. 즉, 실질적인 연신간 거리는 길어져 버리고 넥-인을 충분히 억제되지 못하고 있다.

더욱이 넥-인은 필름의 건조 시에도 발생한다. 1축 연신된 필름은 소정의 수분을 포함하고 있으므로 건조할 필요가 있는데, 연신 시에 생겨 내부에 잔류하고 있는 응력의 작용에 의해, 필름이 건조될 때에 폭 방향으로 수축해 버린다. 즉 넥-인이 생긴다. 특허문헌 1에 기재의 필름 제조장치에 있어, 필름의 건조 시에 발생하는 넥-인을 억제하는 점에 대해서는 특별히 고려되어 있지 않다.

본 발명은, 상기한 바와 같은 종래의 문제점 또는 과제를 해결한, 편광필름의 제조방법 및 상기 제조방법을 실시하는 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 하고, 구체적으로는 뛰어난 광학특성을 가지는 편광필름을 제조할 수 있는 습식 연신법을 적용하고 있으면서도 실질적인 연신간 거리를 짧게 할 수 있고, 그에 따라 넥-인을 충분히 억제하고 폭이 넓은 편광필름을 얻을 수 있는 편광필름의 제조방법, 및 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. 나아가 본 발명은, 필름을 건조시킬 때 발생하는 넥-인을 충분히 억제할 수 있는 필름의 건조 방법을 갖춘 편광필름의 제조방법, 및 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위하여, 원료인 필름을 상류의 한 쌍의 롤에 끼워서 송출하고, 더 나아가 하류의 한 쌍의 롤에 끼워서 인수하여, 상류와 하류의 롤의 주속도의 차이에 의해 장력을 부여하고 원료인 필름을 습식 연신할 때, 상류 측의 한 쌍의 롤을 구성하는 1개의 롤을, 그 롤 면의 일부가 대기 중에 노출하도록 하여 용액에 침지시킨다. 그리고 원료인 필름을 상류 측의 한 쌍의 롤에 끼울 때, 대기 중에 노출되어 있는 부분에서 끼워서 필름을 롤에 밀착시키면서 용액 중으로 가져오도록 구성된다. 또, 연신된 필름을 건조용 롤에 권취하면서 건조하도록 구성된다.

즉, 청구항 1에 기재된 발명은, 폴리비닐알코올, 폴리비닐포말 또는 폴리비닐아세탈로 이루어지는 폴리비닐알코올계의 필름을, 이색성 물질 또는 이색성 염료로 염착하고, 소정의 용액에 침지하면서 1축 연신하여 편광필름을 얻는 편광필름의 제조방법에 관한 것으로, 상기 제조방법은 상기 필름을 한 쌍의 롤에 끼워서 송출함과 동시에, 상기 한 쌍의 롤보다 하류 측에 배치되어 상기 한 쌍의 롤의 주속도보다 큰 주속도로 구동되는 다른 한 쌍의 롤에 끼워서 인수하여 1축 연신할 때, 상기 필름을 대기 중에서 상기 한 쌍의 롤에 끼워서, 상기 소정의 용액 중으로 가져오도록 구성된다. 또, 청구항 2에 기재의 발명은, 청구항 1에 기재된 방법에 있어서, 상기 1축 연신을 여러 차례 반복하도록 구성된다. 나아가, 청구항 3에 기재된 발명은, 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 방법에 있어서, 상기 1축 연신한 상기 필름을 건조용 롤에 권취하여 건조하도록 구성된다.

청구항 4에 기재된 발명은, 폴리비닐알코올, 폴리비닐포말 또는 폴리비닐아세탈로 이루어지는 폴리비닐알코올계의 필름을, 이색성 물질 또는 이색성 염료로 염착하고, 소정의 용액에 침지하면서 1축 연신하여 편광필름을 얻는 편광필름의 제조장치에 관한 것으로, 상기 제조장치는 소정의 용액이 채워진 연신조와, 필름을 끼워서 송출하는 제 1의 한 쌍의 롤과, 상기 제 1의 한 쌍의 롤의 하류 측에 배치되어 상기 필름을 끼워서 상기 제 1의 한 쌍의 롤보다 빠른 주속도로 구동되는 제 2의 한 쌍의 롤로 이루어지는 연신장치를 갖추고, 상기 제 1의 한 쌍의 롤중 하나의 롤은 그 롤 면의 일부가 대기 중에 노출되고, 다른 부분은 상기 용액의 용액 중에 침지되도록 상기 연신조에 설치되고, 상기 제 1의 한 쌍의 롤중 다른 하나의 롤은 상기 제 1의 한 쌍의 롤중 하나의 롤 면에 접하는 위치가 대기 중에 위치하도록 상기 연신조에 설치되도록 구성된다. 그리고 청구항 5에 기재된 발명은, 청구항 4에 기재된 제조장치에 있어서, 필름을 끼워서 송출하는 한 쌍의 롤이 상류 측으로 부터 하류 측을 향해 복수 단에 걸쳐서 설치되고, 이러한 한 쌍의 롤은 하류 측일수록 빠른 주속도로 구동하도록 되어 있음과 동시에, 이러한 한 쌍의 롤중 하나의 롤은 그 롤 면의 일부는 대기 중에 노출되고, 다른 부분은 상기 용액의 용액 중에 침지된 상태로 상기 연신조에 설치되고, 그리고 상기 한 쌍의 롤중 다른 하나의 롤은 상기 한 쌍의 롤중 하나의 롤 면에 접하는 위치가 대기 중에 위치하도록 상기 연신조에 설치되어 구성된다. 그리고, 청구항 6에 기재된 발명은, 청구항 4 또는 청구항 5에 기재된 제조장치에 있어서 상기 연신장치의 하류에는 1축 연신된 필름을 건조하는 건조장치가 설치되고, 상기 건조장치는 온도 조절되어 필름이 권취되도록 되어 있는 건조용 롤과, 상기 건조용 롤의 롤 면에 건조용 공기를 내뿜는 에어 노즐을 갖추도록 구성된다.

이상과 같이, 본 발명에 의하면, 필름을 대기 중에서 한 쌍의 롤에 끼워서 필름을 용액 중으로 가져오기 때문에, 롤 면과 필름의 사이에는 용액이 말려들어가지 않는다. 따라서, 필름은 롤 면과 실질적으로 밀착되어 구속되므로, 롤 면 상에서는 연신되지 않고, 실질적인 연신간 거리를 짧게 할 수 있다. 이 때문에, 넥-인을 억제하여 폭이 넓은 편광필름을 얻을 수 있다. 또, 필름은 용액 중으로 가져와 습식 연신되므로, 충분히 연신하여도 필름이 파단할 우려가 적고, 필요한 광학특성을 갖춘 편광필름을 용이하게 제조할 수 있다. 청구항 2에 기재된 발명에 의하면, 상기한 바와 같은 습식 연신법을 여러 차례, 즉 복수 단 실시하므로, 넥-인을 억제하면서 충분히 필름을 연신할 수 있어, 보다 광학특성이 뛰어난 폭이 넓은 편광필 름을 얻을 수 있다. 더욱이 청구항 3에 기재된 발명에 의하면, 1축 연신한 필름을 건조용 롤에 권취하여 건조하므로, 연신 시에 생긴 응력이 필름 내에 잔류하고 있어도, 필름은 건조용 롤에 밀착하여 건조되어 폭방향의 수축이 억제된다. 따라서, 폭이 넓은 편광필름을 얻을 수 있다. 또, 청구항 4에 기재된 발명에 의하면, 연신장치는 소정의 용액이 채워진 연신조와 제 1 또는 제 2의 한 쌍의 롤을 가질 뿐이므로, 습식 연신법을 실시할 수 있는 종래 주지의 연신장치와 필요한 구성설비나 구성부품에 있어 차이가 없다. 따라서, 종래 주지의 연신장치에, 구성부품의 롤의 배치를 바꾸는 것만으로, 본 발명과 관련되는 연신장치를 구성할 수 있어 염가로 편광필름의 제조장치를 구성할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시형태를 설명한다. 본 실시형태와 관련되는 편광필름 제조장치(1)는, 도 1의 (a)에 모식적으로 나타내고 있는 바와 같이, 원료인 필름을 팽윤시키는 팽윤조(2), 요오드 등의 이색성 물질 또는 유기성 염료로 이루어지는 이색성 염료로 필름을 염착하는 염착조(染着槽)(3), 가교제를 첨가하여 고분자를 그물구조로 하여 필름에 소정의 강도를 부여하는 가교조(架橋槽)(4), 소정의 용액 중에서 필름을 연신하는 연신장치(5), 연신된 필름의 색상을 조절하는 보색조(補色槽)(6), 수분을 포함한 필름을 소정의 수분 함유율까지 건조하는 제 1의 건조장치(7), 더욱더 필름을 건조하는 제 2의 건조장치(8), 그리고 상기 각 조(2, 3, …)사이에 설치되어 필름을 끼워서 송출하는 복수의 닙 롤(N, N, …), 필름을 가이드 하는 안내 롤(2b, 3b, A, …)등으로 구성되어 있다.

이러한 편광필름 제조장치(1)의 팽윤조(2), 염착조(3), 가교조(4), 보색조(6), 및 제 2의 건조장치(8)는, 종래 주지의 편광필름 제조장치의 각각의 조나 장치와 비슷하게 구성되어 있어 이하 간단하게 설명한다.

팽윤조(2)에는 소정의 용액(2a)이 채워져 있고, 원료인 필름이 용액(2a) 중에 설치되어 있는 안내 롤(2b)에 안내되어 용액(2a)에 침지되면, 필름의 표면에 부착된 더러움이나 필름에 첨가되어 있는 블로킹 방지제 등이 세정됨과 동시에, 필름은 적당한 수분을 흡수하여 팽윤하게 된다. 이 팽윤에 의해서, 후공정의 염착 시에 염색 얼룩이 생기는 것을 방지할 수 있다. 이러한 용액(2a)은, 미네랄분 등의 성분이 소정의 농도를 넘지 않도록, 한편 pH 값이 소정의 범위 이내로 되도록 조정된 이른바 생성수(product water)에, 요오드화칼륨, 붕산, 유연제 등이 소정의 농도로 필요에 따라 첨가된 것으로 되어 있다.

염착조(3)에는, 소정의 생성수에 요오드 등의 이색성 물질이나 유기성 염료로 이루어지는 이색성 염료가 소정의 농도로 첨가된 용액(3a)이 채워져 있다. 따라서, 용액(3a) 중에 설치되어 있는 안내 롤(3b)에 의해서, 필름이 용액 중에 침지되면, 필름은 이색성 물질이나 이색성 염료로 염착된다. 가교조(4)에는, 소정의 생성수에 붕산, 붕사(borax) 등의 붕소 화합물이나 글리옥살(glyoxal), 글루타르알데히드(glutaraldehyde) 등의 가교제가 첨가된 용액(4a)이 채워져 있다. 용액(4a) 중에 설치되어 있는 안내 롤(4b)에 의해서, 필름이 용액(4a)에 침지되면, 필름을 구성하는 고분자가 가교되고 필름에 소정의 강도가 주어지게 되어 있다.

보색조(6)에는, 소정의 생성수에 미량의 요오드화칼륨이나 요오드화나트륨 등의 요오드 화합물이 첨가된 용액(6a)이 채워져 있다. 보색조(6) 내에 설치되어 있는 안내 롤(6b)에 안내되어 필름이 용액(6a)에 침지되면, 다른 전(前)처리에서 필름에 부착한 붕산 등의 불필요한 잔존물이 세정됨과 동시에, 색상도 조절된다. 제 2의 건조장치(8)도 종래 주지된 바와 같이, 열풍을 내보내는 송풍기, 전기패널히터 등이 내부에 설치되어 필름이 장치 내를 통과하는 동안에, 필름이 건조되게 되어 있다.

본 실시의 제 1의 형태와 관련된 연신장치(5)에 대하여 설명한다. 연신장치(5)는, 일부에 차이는 있지만, 대부분은 종래 주지의 연신장치와 동일하게 구성되어 있으며 도 1의 (b)에서 나타내고 있는 바와 같이, 소정의 용액(15a)이 소정의 깊이가 되도록 채워진 연신조(15)와, 필름을 연신하는 제 1~4의 연신 롤(21, 22, …)과, 제 1~4의 연신 롤(21, 22, …)의 각각과 대응되도록 설치되어 필름을 끼우는 제 1~4의 닙 롤(31, 32, …)과, 안내 롤(36, 37)로 이루어진다. 용액(15a)은, 붕소 화합물, 요오드화물 등이 첨가되기도 하지만, 본 실시형태에서는, 미네랄분, 이온 등의 농도가 기준치 이하가 되도록 정제된 정제수이다. 본 실시형태와 관련된 연신장치(5)는, 제 1~4의 연신 롤(21, 22, …)의 위치에 특징이 있는 바, 용액(15a) 중에 완전하게는 침지시키지 않았다. 즉, 제 1~4의 연신 롤(21, 22, …)은, 도면에 도시된 바와 바와 같이, 소정의 롤 면이 대기 중에 노출한 상태로, 용액(15a) 중에 침지되어 있다. 이러한 제 1~4의 연신 롤(21, 22, …) 중, 제 1, 2의 연신 롤(21, 22)의 간격과 제 3, 4의 연신 롤(23, 24)의 간격은 비교적 좁고, 제 2, 3의 연신 롤(22, 23)의 간격은 비교적 넓다. 제 1~4의 닙 롤(31, 32, …)은, 제 1~4의 연신 롤(21, 22, …)의, 대기 중에 노출되고 있는 롤 면에 접하도록 설치되고 제 1~4의 연신 롤(21, 22, …)과 제 1~4의 닙 롤(31, 32, …)로 필름을 대기 중에서 끼울 수 있도록 되어 있다. 제 2, 4의 닙 롤(32, 34)에 대하여 더 자세하게 설명하면, 제 2, 4의 닙 롤(32, 34)의 축심은 제 2, 4의 연신 롤(22, 24)의 축심의 연직 위쪽보다 제 1, 3의 연신 롤(21, 23)에 접근한 위치에 배치되어 있다. 따라서, 필름이 제 1, 2의 연신 롤(21, 22)의 사이, 그리고 제 3, 4의 연신 롤(23, 24)의 사이에 각각 연신될 때, 연신간 거리는 충분히 짧아진다. 그리고 안내 롤(36)이 제 2, 3의 연신 롤(22, 23)의 중간 위치 근방에 설치되어 용액(15a) 중에 침지되고, 안내 롤(37)이 제 4의 연신 롤(24)의 하류에 설치되어 필름을 안내하여 매끄럽게 하류에 내보내게 되어 있다.

본 실시형태와 관련된 건조장치, 즉 제 1의 건조장치(7)에 대해 설명한다. 제 1의 건조장치(7)는, 도 1의 (c)에 나타내고 있는 바와 같이, 필름을 인수하면서 필름의 탈수를 실시하는 한 쌍의 탈수 롤(51, 51)과, 필름에 부착되어 있는 물방울을 날려 버리는 에어 나이프(52, 52)와, 필름을 권취하면서 건조하는 건조용 롤(53)과, 건조용 롤(53)의 소정의 롤 면을 덮도록 설치되어 필름에 건조공기를 내뿜는 에어 노즐(54)과, 건조용 롤(53)의 롤 면에 접하도록 설치되어 있는 닙 롤(55)과, 안내 롤(57)로 구성되어 있다. 이러한 건조용 롤(53)은 롤 면이 경면(鏡面) 가공되어 있음과 동시에, 내부에 히터 등의 가열수단이 갖추어져 롤 면을 소정의 온도, 예를 들면 50℃±5℃로 유지할 수 있게 되어 있다.

본 실시형태와 관련된 편광필름 제조장치(1)의 작용을 설명한다. 편광필름의 원료가 되는 필름에는 폴리비닐알코올, 폴리비닐포말, 폴리비닐아세탈 등의 폴리비닐알코올계의 필름, 이른바 PVA계 필름이 적용된다. 원료인 PVA계 필름은 소정의 폭으로 규격화되어 롤 형상으로 감긴 원단으로서 공급되고 있다. 이러한 원단(10)을 편광필름 제조장치(1)의 최상류부, 즉 팽윤조(2)의 근방에 장착한다. 필름(11)을 원단(10)으로부터 취출하여 팽윤조(2)로 가져와서, 팽윤조(2)의 용액(2a) 중에서 팽윤시킨다. 팽윤된 필름(11)을 염착조(3)로 가져와서 용액(3a) 중에서 염착한다. 그 다음에 필름(11)을 가교조(4)의 용액(4a) 중에서 가교처리한 후, 닙 롤(N)을 경유하여 연신장치(5)로 가져간다.

필름(11)을, 연신장치(5) 내의 각 롤(21, 22, …, 31, 32, …)에 이하와 같이 하여 감아 돌린다. 최초로, 필름(11)을 제 1의 닙 롤(31)에 약 반 바퀴 권취하면서, 제 1의 연신 롤(21)과 제 1의 닙 롤(31)에 의해서 대기 중의 부호 41로 나타내는 위치에서 끼우고, 그리고, 제 1의 연신 롤(21)에 밀착시키면서 용액(15a) 중으로 가져온다. 따라서, 필름(11)은, 롤의 축 방향에서 보면 도 1의 (b)에 나타내고 있는 바와 같이, 제 1의 닙 롤(31)과 제 1의 연신 롤(21)에 역 S자 모양을 보이듯이 권취된다. 그 다음에, 필름(11)을 인출하여 제 2의 연신 롤(22)에 권취하면서 대기 중까지 인출하고, 대기 중에서 제 2의 연신 롤(22)과 제 2의 닙 롤(32)로 끼운 후, 다시 제 2의 연신 롤(22)에 권취하면서 용액(15a) 중으로 가져온다. 필름(11)을 용액(15a)에 잠긴 안내 롤(36)을 경유시킨 후에 대기 중으로 인출한다. 필름(11)을 제 3의 닙 롤(33)과 제 3의 연신 롤(23)에 역 S자 모양을 보이듯이 권취하여 다시 용액(15a) 중으로 가져온다. 이때, 필름(11)은 제 3의 연신 롤(23)과 제 3의 닙 롤(33)에 의해서, 대기 중의 부호 43으로 나타내고 있는 위치에서 끼운다. 필름(11)을 인출하여 제 4의 연신 롤(24)에 권취하면서 대기 중까지 인출하고, 대기 중에서 제 4의 연신 롤(24)과 제 4의 닙 롤(34)로 끼워서 인수한 후, 안내 롤(37)을 경유하여 하류로 내보낸다.

제 1~4의 연신 롤(21, 22, …)은, 각각 독립적으로 주속도를 제어하여 구동할 수 있고, 제 1의 연신 롤(21)보다 제 2의 연신 롤(22)이, 제 3의 연신 롤(23)보다 제 4의 연신 롤(24)이 주속도가 크다. 따라서, 필름(11)을 제 1, 2의 연신 롤(21, 22)의 사이에서 1축 연신하고, 제 3, 4의 연신 롤(23, 24)의 사이에서 또 1축 연신한다. 제 2, 3의 연신 롤(22, 23) 사이에서는 적극적으로 필름(11)을 연신하지는 않지만, 필름(11)이 처지지 않도록, 제 3의 연신 롤(23)은 제 2의 연신 롤(22)보다 조금 주속도를 크게 하여 소정의 장력을 부여하고 있으므로, 필름(11)은 조금밖에 연신되지 않는다. 필름(11)이 제 1, 2의 연신 롤(21, 22)의 사이에서 1축 연신되는 상태를 자세하게 설명한다. 필름(11)은, 도 2에 나타내고 있는 바와 같이 대기 중의 부호 41로 나타내고 있는 부분에서 제 1의 연신 롤(21)과 제 1의 닙 롤(31)에 끼워서, 제 1의 연신 롤(21)에 밀착한 채로 용액(15a) 중으로 가져온다. 따라서, 화살표 Y1로 나타내고 있는 방향에서는 필름(11)과 제 1의 연신 롤(21) 사이에 용액(15a)이 말려 들어가는 일은 없다. 필름(11)과 제 1의 연신 롤(21)의 롤 면의 사이에는 용액(15a) 층이 형성되지 않기 때문에 미끄러짐은 생기지 않는다. 따라서, 필름(11)을 용액(15a) 중에서 1축 연신할 때, 연신되는 필름(11)의 구간, 즉 연신간 거리는, 부호 46으로 나타내고 있는 점선 부분만으로 된 다. 필름(11)을 제 3, 4의 연신 롤(23, 24)의 사이에서 1축 연신할 때도 동일하게 연신간 거리는 짧다. 즉, 필름(11)은 대기 중의 부호 43으로 나타내고 있는 부분에서 제 3의 연신 롤(23)과 제 3의 닙 롤(33)로 끼워지므로, 화살표 Y2의 방향으로부터 용액(15a)이 들어오는 일은 없다. 따라서, 필름(11)은 제 3의 연신 롤(23)에 밀착되어 미끄러지지 않기 때문에, 필름(11)은 부호 47로 나타내고 있는 점선 부분에서만 연신된다. 본 실시형태와 관련된 연신장치(5)에 의하면 연신간 거리를 짧게 할 수 있으므로, 넥-인을 충분히 억제할 수 있다.

연신장치(5)로 1축 연신된 필름(11)을 안내 롤(A), 닙 롤(N)을 경유하여 보색조(6)로 안내한다. 필름(11)을 보색조(6)의 용액(6a)에 침지하여 색상을 조정한다. 필름(11)을, 닙 롤(N)을 경유하여 제 1의 건조장치(7)로 안내한다.

필름(11)을 탈수 롤(51, 51)로 인수할 때 탈수하여, 대부분의 물방울을 제거한다. 조금 부착되어 남은 물방울도, 에어 나이프(52, 52)에 의해서 날려 버린다. 이와 같이 하여 필름(11)의 표면에 부착된 물방울을 제거한 후, 필름(11)을 건조용 롤(53)에 권취한다. 건조용 롤(53)의 롤 면을 소정의 온도가 되도록 제어하여 필름(11)을 가열함과 동시에, 에어 노즐(54)로부터 필름(11)에 건조용 공기를 내뿜는다. 건조용 공기와 건조용 롤(53)의 열에 의해서, 필름(11)은 건조용 롤(53)의 롤 면에 밀착되면서 건조한다. 필름(11)은 롤 면에 의해서 폭 방향의 수축이 규제되므로, 건조 시에 발생하는 넥-인이 억제된다. 필름(11)을, 닙 롤(55), 안내 롤(57)을 경유해 제 2의 건조장치(8)로 내보낸다. 덧붙여 제 1의 건조장치(7)로 필름(11)을 완전하게 건조하여도 좋지만, 본 실시형태에서는, 제 1의 건조장치(7)에서는 수분 함유율이 약 30%가 되도록 필름(11)을 건조하고 있다. 수분 함유율이 30% 이하가 되면, 그 후 종래 주지의 방법으로 필름을 건조하여도 발생하는 넥-인은 비교적 작기 때문이다.

제 2의 건조장치(8)로, 종래 주지와 같이 필름(11)을 건조하면 편광필름을 얻을 수 있다. 얻어진 편광필름을 도시되지 않은 와인더(winder)로 권취한다. 또는, 다른 장치로 보내어, 소정의 강도를 얻음과 동시에 습도로부터 보호하기 위하여 TAC 등으로 이루어지는 보호층을 결합, 부착한다.

도 3에는, 제 2의 실시형태와 관련된 연신장치(5')가 도시되어 있다. 제 1의 실시형태와 관련된 연신장치(5)의 구성요소와 동일한 요소에는, 동일 참조 번호를 부여하고 자세한 설명은 생략한다. 제 2의 실시형태와 관련된 연신장치(5')에서는, 제 2의 연신 롤과 제 2의 닙 롤의 위치가 제 1의 실시형태의 연신장치(5)와 다르다. 즉, 제 2의 연신 롤(22a)과 제 2의 닙 롤(32a)은 모두 대기 중에 설치되어 있다. 당업자라면 용이하게 이해할 수 있으므로 설명은 하지 않지만, 이와 같이 하여도, 실질적인 연신간 거리는 짧다. 도면에 있어 점선의 롤로 나타내고 있는 바와 같이, 제 2의 연신 롤(22b)과 제 2의 닙 롤(32b)을 모두 용액(15a) 중에 침지하여 좋다. 이와 같이 하여도, 동일하게 실질적인 연신간 거리는 짧다. 제 2의 실시형태와 관련된 연신장치(5')에 의해서도, 제 1의 실시형태와 관련된 연신장치(5)와 동일하게 넥-인을 충분히 억제하여 폭이 넓은 편광필름을 얻을 수 있다.

도 4에는, 제 3의 실시형태와 관련된 연신장치(5'')가 도시되어 있다. 제 1의 실시형태와 관련된 연신장치(5)의 구성요소와 동일한 요소에는, 동일 참조번호 에 프라임 기호[']를 부여하고 자세한 설명한 설명은 생략한다. 제 3의 실시형태와 관련된 연신장치(5'')는, 제 1의 실시형태의 연신장치(5)가 변형된 장치로 되어 있다. 즉, 제 1의 실시형태와 관련된 연신장치(5)에 있어, 제 2의 연신 롤(22')의 하류에, 제 2의 연신 롤(22')에 인접하도록 제 5의 연신 롤(25)이 설치되어 있다. 따라서, 제 3의 실시형태와 관계되는 연신장치(5'')에서는, 제 2, 5의 연신 롤(22', 25)의 사이에서도 1축 연신할 수 있다.

[실시예 1]

본 실시형태와 관련된 편광필름 제조장치(1)를 사용하여, 1축 연신하여 편광필름(S1)을 얻었다. 비교를 위하여, 제 1~4의 연신 롤을 완전하게 용액 중에 침지한 상태로 1축 연신하고, 건조용 롤을 이용하지 않고 건조하여 편광필름(S2)을 얻었다. 즉, 편광 필름(S2)은 종래 주지의 습식 연신에 의해서 1축 연신하고, 종래 주지의 건조방법에 따라 건조시켜 얻었다. 제조조건과 비교결과를 하기 표에 정리한다.

[표 1]

○공통의 제조조건

연신조의 용액 수온 30℃의 정제수

연신장치의 제 1~4의 연신 롤의 주속도 및 각 연신 롤간의 연신배율

○비교결과

상기 실시예 1로부터, 종래 주지의 습식 연신 방법 및 건조방법으로 얻어지는 편광필름(S2)과 거의 동등한 광학특성을 가졌음에도, 폭이 넓은 편광필름(S1)을 얻을 수 있는 것을 알았다. 편광필름의 폭에 대해서는, 종래 주지의 습식 연신방법 및 건조방법에 따르면 원단의 폭의 약 50%의 폭을 가진 편광필름 밖에 얻을 수 없었던 것에 비하여, 본 실시형태에 따른 편광필름의 제조방법에서는 원단의 폭의 약 70%의 폭을 가진 편광필름을 얻을 수 있다는 것을 알았다.

본 발명의 편광필름 제조장치는, 상기 실시형태에 한정되지 않고 다양한 형태로 실시할 수 있다. 예를 들면, 제 1의 실시형태와 관련된 연신장치(5)에서는, 제 2, 3의 연신 롤(22, 23)의 사이에 설치되어 있는 안내 롤(36)은, 완전히 용액 중에 침지시키는 것으로 설명되어 있지만, 안내 롤(36)은 대기 중에 설치해도 좋 고, 롤 면의 일부만을 용액 중에 침지시켜도 좋다. 또, 연신 롤은, 특히 온도 조절되도록 설명되어 있지는 않지만, 필름을 가열하기 위하여 연신 롤의 내부에 가열체를 마련하고, 연신 롤 전체를 가열하도록 실시할 수도 있다. 이와 같이 실시하면, 필름은 보다 연신되기 쉽다. 롤의 지름에 대해서도 변형이 가능하고, 도면에는 연신 롤과 쌍이 되는 닙 롤은 롤의 지름이 차이가 나도록 도시되어 있지만, 동일 지름으로 구성할 수도 있다, 또, 연신조에 있어 일부의 롤 면을 대기 중에 노출하면서 용액 중에 침지하는 롤은, 연신 롤 대신에 닙 롤이라도 좋다. 더욱이, 건조장치에 있어 건조용 롤은 2개 이상 설치해도 좋다. 건조용 롤을 2개 마련하고, 각각의 건조용 롤에 권취하는 필름의 면을 바꾸면, 필름을 양면으로부터 건조할 수 있으므로, 균일하게 건조할 수 있다.

본 발명의 편광필름 제조장치에 의하면, 넥-인을 억제하여 폭이 넓은 필름을 얻을 수 있으므로, 편광필름 이외의 다른 용도의 필름의 제조에도 적용 가능하다.

도 1은 본 실시형태와 관련된 편광필름 제조장치를 모식적으로 나타내는 도이며, 그 (a)는 편광필름 제조장치 전체를 모식적으로 나타내는 측면도이고, 그 (b)는 본 실시형태와 관련된 연신장치를 모식적으로 나타내는 측면도이고, 그 (c)는 본 실시형태와 관련된 건조장치를 모식적으로 나타내는 측면도이다.

도 2는 본 실시형태와 관련된 연신장치의 작용을 설명하기 위한 측면도이다.

도 3은 제 2의 실시형태와 관련된 연신장치를 모식적으로 나타내는 측면도이다.

도 4는 제 3의 실시형태와 관련된 연신장치를 모식적으로 나타내는 측면도이다.

도 5는 종래 주지의 습식 연신방법을 실시하는 연신장치를 모식적으로 나타내는 측면도이다.

[부호의 설명]

1: 편광필름 제조장치

2: 팽윤조

3: 염착조

4: 가교조

5: 연신장치

6: 보색조

7: 제 1의 건조장치

8: 제 2의 건조장치

10: 원단

11: 필름

15: 연신조

15a: 용액

21,22,23,24: 제 1~4의 연신 롤

31,32,33,34: 제 1~4의 닙 롤

52,52: 에어 나이프

53: 건조용 롤

54: 에어 노즐

Claims (6)

1. 폴리비닐알코올, 폴리비닐포말 또는 폴리비닐아세탈로 이루어지는 폴리비닐알코올계의 필름을 이색성 물질 또는 이색성 염료로 염착(染着)하고, 소정의 용액에 침지하면서 1축 연신하여 편광필름을 얻는 편광필름의 제조방법에 있어서,

   상기 필름을 한 쌍의 롤에 끼워서 송출함과 동시에, 상기 한 쌍의 롤보다 하류 측에 배치되어 상기 한 쌍의 롤의 주속도(周速度)보다 큰 주속도로 구동되는 다른 한 쌍의 롤에 끼워서 인수하여 1축 연신할 때,

   상기 필름을 대기 중에서 상기 한 쌍의 롤에 끼워서, 상기 소정의 용액 중으로 가져오는 것을 특징으로 하는 편광필름의 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 1축 연신을 여러 차례 반복하는 것을 특징으로 하는 편광필름의 제조방법.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 1축 연신한 상기 필름을 건조용 롤에 권취하여 건조하는 것을 특징으로 하는 편광필름의 제조방법.
4. 폴리비닐알코올, 폴리비닐포말 또는 폴리비닐아세탈로 이루어지는 폴리비닐 알코올계의 필름을, 이색성 물질 또는 이색성 염료로 염착하고, 소정의 용액에 침지하면서 1축 연신하여 편광필름을 얻는 편광필름의 제조장치에 있어서,

   상기 제조장치는 소정의 용액이 채워진 연신조(槽)와, 필름을 끼워서 송출하는 제 1의 한 쌍의 롤과, 상기 제 1의 한 쌍의 롤의 하류 측에 배치되어 상기 필름을 끼워서 상기 제 1의 한 쌍의 롤보다 빠른 주속도로 구동되는 제 2의 한 쌍의 롤로 이루어지는 연신장치를 갖추고,

   상기 제 1의 한 쌍의 롤중 하나의 롤은, 그 롤 면의 일부는 대기 중에 노출되고, 다른 부분은 상기 용액의 용액 중에 침지되도록 상기 연신조에 설치되고,

   상기 제 1의 한 쌍의 롤중 다른 하나의 롤은, 상기 제 1의 한 쌍의 롤중 하나의 롤 면에 접하는 위치가 대기 중에 위치하도록 상기 연신조에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 편광필름의 제조장치.
5. 청구항 4에 있어서,

   필름을 끼워서 송출하는 한 쌍의 롤이, 상류 측으로부터 하류 측을 향해 복수 단에 걸쳐서 설치되고, 이러한 한 쌍의 롤은 하류 측일수록 빠른 주속도로 구동하도록 되어 있음과 동시에,

   이러한 한 쌍의 롤중 하나의 롤은 그 롤 면의 일부는 대기 중에 노출되고, 다른 부분은 상기 용액의 용액 중에 침지된 상태로 상기 연신조에 설치되고, 그리고 상기 한 쌍의 롤중 다른 하나의 롤은 상기 한 쌍의 롤중 하나의 롤 면에 접하는 위치가 대기 중에 위치하도록 상기 연신조에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 편 광필름의 제조장치.
6. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,

   상기 연신장치의 하류에는 1축 연신된 필름을 건조하는 건조장치가 설치되고,

   상기 건조장치는 온도 조절되어 필름이 권취되도록 되어 있는 건조용 롤과, 상기 건조용 롤의 롤 면에 건조용 공기를 내뿜는 에어 노즐을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 편광필름의 제조장치.

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