KR20100024304A

KR20100024304A - 편광판용 폴리에스터 보호필름 및 이를 포함하는 적층체

Info

Publication number: KR20100024304A
Application number: KR1020080083099A
Authority: KR
Inventors: 허혜영; 김남일; 정태형
Original assignee: 에스케이씨 주식회사
Priority date: 2008-08-25
Filing date: 2008-08-25
Publication date: 2010-03-05

Abstract

본 발명은 디카르복실산 성분과 디올 성분을 포함하는 폴리에스터 필름으로서, 상기 디카르복실산 성분이 나프탈렌디카르복실산, 디메틸테레프탈레이트 및 테레프탈산 중에서 하나 이상 선택되고, 상기 디올 성분이 에틸렌 글리콜, 탄소수 3 이상인 직쇄형 또는 가지형 디올, 1,4-사이클로헥산디메탄올, 사이클로부탄디올 및 이소솔바이드 중에서 하나 이상 선택되고, 유리전이온도가 100℃ 이상인 폴리에스터 수지를 용융압출하여 얻은 무연신 폴리에스터 필름으로서, 상기 필름이 파장 590nm에서의 면내 위상차(retardation)가 20nm 이하인 폴리에스터 필름에 관한 것이다. 본 발명의 폴리에스터 필름은 빛 투과도가 높고, 간섭 불균일이 없으며, 광학적 특성 및 내열성이 우수하고, 투습도가 적합하여 편광판용 보호층으로서 이용되어 편광판의 우수한 외관변형도 뿐만 아니라 물성을 개선시킬 수 있다.

Description

편광판용 폴리에스터 보호필름 및 이를 포함하는 적층체 {POLYESTER PROTECTIVE FILM FOR POLARIZER AND LAMINATE USING THE SAME}

본 발명은 편광판용 폴리에스터 보호필름 및 이를 포함하는 적층체에 관한 것이다.

최근 종래의 음극선관(cathode ray tube; CRT)에 비해, 경량, 저전력 소비, 박형 및 고화질의 장점을 지니는 액정표시장치(liquid crystal display; LCD)의 수요가 급증하고 있다. 이러한 LCD에서 편광판은 일정한 투과광을 제공하고 투과광의 색조를 변화시키기 위한 필수 부품으로서, 여러 방향으로 진동하면서 입사되는 자연광을 한쪽 방향으로만 진동하는 빛, 즉 편광이 되도록 하는 기능을 가지고 있다.

이러한 편광판은, 예를 들어 도 1에 도시한 바와 같이, 편광자의 상부 및 하부에 접착제에 의해 보호필름이 적층된 구조를 갖는다. 상기 보호필름은 외부로부터 편광자(예: 폴리비닐알코올계 필름)를 보호하고 지지하는 역할을 하며, 이러한 보호필름용으로서 다양한 재료 및 방법에 의해 제막된 필름이 개발되어 왔다.

예를 들어, 일본 특허출원 공개 제2002-22956호, 제2002-146044호 및 제2001-343528호에서는 편광판용 보호필름으로서 트리아세틸셀룰로오스 필름이 개시되어 있다. 그러나, 상기 특허에 개시된 필름들은 내습열성이 약하고 편광판의 외관변화가 생기는 문제가 있다.

한편, 일본 특허공개 제2003-197941호에는 환상 폴리올레핀을 사용하여 용융압출법에 의해 제막된 필름이 개시되어 있으나, 수지 자체가 고가이어서 필름 제조시 고비용이 요구됨에도 불구하고 다른 부재와의 접착력이 약한 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 빛 투과도가 높고, 간섭 불균일이 없으며, 광학적 특성 및 내열성이 우수하고, 투습도가 적합하여 편광판용 보호층으로서 이용되어 편광판의 우수한 외관변형도 뿐만 아니라 물성을 개선시킬 수 있는 편광판용 폴리에스터 필름을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 디카르복실산 성분과 디올 성분을 포함하는 폴리에스터 필름으로서, 상기 디카르복실산 성분이 나프탈렌디카르복실산, 디메틸테레프탈레이트 및 테레프탈산 중에서 하나 이상 선택되고, 상기 디올 성분이 에틸렌 글리콜, 탄소수 3 이상인 직쇄형 또는 가지형 디올, 1,4-사이클로헥산디메탄올, 사이클로부탄디올 및 이소솔바이드 중에서 하나 이상 선택되고, 유리전이온도가 100℃ 이상인 폴리에스터 수지를 용융압출하여 얻은 무연신 폴리에스터 필름으로서, 상기 필름이 파장 590nm에서의 면내 위상차(retardation)가 20nm 이하인 폴리에스터 필름을 제공한다.

본 발명에 따른 폴리에스터 필름은 빛 투과도가 높고, 간섭 불균일이 없으며, 광학적 특성 및 내열성이 우수하고, 투습도가 적합하여 편광판용 보호층으로서 이용되어 편광판의 우수한 외관변형도 뿐만 아니라 물성을 개선시킬 수 있다.

본 발명에 따른 폴리에스터 필름은, 디카르복실산 성분 및 디올 성분을 포함하며, 유리전이온도가 100℃ 이상인 폴리에스터 수지를 용융압출법에 의해 무연신 필름으로 제막됨으로써, 파장 590nm에서의 필름의 면내 위상차(retardation)가 20nm 이하임을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 디카르복실산 성분은 나프탈렌디카르복실산, 디메틸테레프탈레이트 및 테레프탈산 중에서 하나 이상 선택되고, 상기 디올 성분은 에틸렌 글리콜, 탄소수 3 이상인 직쇄형 또는 가지형 디올, 1,4-사이클로헥산디메탄올, 사이클로부탄디올 및 이소솔바이드 중에서 하나 이상 선택된다.

본 발명의 폴리에스터 수지는 각각의 단량체 성분을 공중합하거나, 중합체들을 혼합(블렌딩)하여 달성할 수 있다. 또한, 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위내에서 통상의 첨가제, 예를 들면 산화방지제, 열안정제, 자외선 흡수제, 블로킹 방지제 및 기타 무기활제 등을 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위내에서 추가로 포함할 수 있다.

상기 폴리에스터 수지의 유리전이온도는 100℃ 이상, 바람직하게는 110 내지 300℃ 이다. 만약 폴리에스터 수지의 유리전이온도가 100℃ 미만이면 상기 수지로 제조된 폴리에스터 필름은 편광자 보호필름의 지지체 및 보호필름으로서 내열성이 부족하여 액정표시장치를 고온상태에서 사용하거나 장시간 사용하는 경우에 발생하 는 열에 의해 지지력이 약화됨으로써 자체 및 이와 접합되어있는 편광자의 수축 발생, 액정표시장치에 빛샘이 발생할 수 있다.

이러한 폴리에스터 수지를 이용한 본 발명의 폴리에스터 필름은 상기 수지를 통상의 용융압출 방법, 예를 들어, 200 내지 300℃에서 가열 용융하여 티-다이(T-die) 등을 통해 압출하고, 이를 냉각 롤 위에서 급냉고화하여 연신없이 제막함으로써 얻을 수 있다.

만일, 종방향 또는 횡방향으로 일축 또는 이축연신을 할 경우, 연신에 의한 고복굴절성 필름이 제조되며, 이로 인해 발생하는 광학적 이방성과 면내 위상차는 편광자에서 편광된 빛을 왜곡하여 편광판의 기능 및 품질을 저하시킬 수 있다.

본 발명의 폴리에스터 필름은 파장 590nm에서의 면내 위상차(retardation)가 20nm 이하이며, 이로 인해, 편광자에서 편광된 빛을 왜곡하여 편광판의 기능 및 품질 저하 등의 문제를 방지할 수 있다.

또한, 본 발명 따른 폴리에스터 필름은 40℃, 90% RH에서의 투습도가 10 내지 300g/(m²·24 hr), 바람직하게는 10 내지 200g/(m²·24hr)인 것이 바람직하다. 필름의 투습도가 상기 범위를 벗어나는 경우 편광필름 및 그의 적층체의 수축이 발생할 수 있고, 이로 인해 액정표시장치에 빛샘이 발생할 수 있다.

상기 폴리에스터 필름은 두께가 40 내지 100㎛인 것이 바람직하며, 40㎛ 미만의 필름은 보호 및 지지 필름으로서 강도가 저하되어 가공성이 떨어질 수 있으며, 100㎛를 초과하는 필름의 경우 투명성이 저하될 뿐만 아니라, 편광판의 중량이 커져서, 액정표시장치의 박막화, 경량화 추세에 적합하지 않다.

상기와 같은 물성을 갖는 본 발명의 폴리에스터 필름은 편광판용 보호필름으로서 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 편광판 적층체는 예를 들어 도 1에 도시한 바와 같이 편광자의 일면 또는 양면에 도포된 접착층 상에 상기 편광판용 폴리에스터 필름이 보호층으로 적층되는 것을 특징으로 한다. 이때, 편광자는 예를 들어, 일반적으로 사용되는 연신된 폴리비닐알코올(PVA)를 사용할 수 있다.

이하 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 단 하기의 실시예는 본 발명의 예시일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 실시예 및 비교예에서 제조된 필름 및 공정상의 각종 성능 평가는 다음의 측정방법으로 실시하였다

(1) 유리전이온도(Tg) : 시차열분석기 (퍼킨엘머사 DSC-7)

측정조건 : 승온 속도 20℃/분

(2) 열수축율

제조된 필름에 100 mm (MD 방향) × 100 mm (TD 방향) 간격으로 선을 긋고 샘플을 잘라내, 90℃, 열풍 오븐에서 24시간 열처리하여 열처리 전후의 치수를 측 정함:

치수변화율 (%) = {(La-Lb)/La} ×100

La : 열처리 전의 선의 간격 (100 mm)

Lb : 열처리 후의 선의 간격

(3) 배향각, 면내 위상차(retardation)

제조된 필름의 중앙부를 중심으로 폭방향 10 cm, 길이 방향 10 cm 간격으로 샘플링하여 각 부위를 오츠카전자의 RETS-100을 사용하여 측정함.

(4) 투습도

MOCON사의 Permatran-W Model 3을 이용하여, ASTM F1249에 기재된 방법에 따라 온습도 조건 40℃, 90%RH로 측정함.

(5) 전광선 투과율 (헤이즈)

ASTM D1003의 표준 측정법에 따라, JIS-K-7105에 준해 NDH 5000W로 측정함.

(6) 내수성

제조된 필름을 100 mm (MD 방향) × 100 mm (TD 방향) 간격으로 잘라내, 60℃ 온수에서 30분 침적 후 처리 전후의 치수를 측정함:

치수변화율 (%) = {(La-Lb)/La} × 100

La : 처리 전의 선의 간격 (100 mm)

Lb : 처리 후의 선의 간격

(7) 간섭불균일

A : 간섭 불균일이 전혀 보이지 않음

B : 약간 간섭 불균일이 보이지만, 문제없는 수준임

C : 간섭 불균일이 많아 작업이 곤란함

(8) 외관변형도

A : 양호함

B : 치수 변화 및 뒤틀림이 약간 발생하나 사용 가능한 수준임

C : 치수 변화 및 뒤틀림 발생이 심하여 사용 불가능함.

< 폴리에스터 수지의 제조>

제조예 1 : 공중합 폴리에스터(Co-PET)의 제조

디메틸테레프탈레이트(DMT) 100몰부에 대하여 1,4-사이클로헥산디메탄올 65몰부, 이소솔바이드 15몰부 및 에틸렌글리콜 100몰부를 교반기와 증류기 및 응축기가 부착된 스텐레스스틸제 모노머 제조 반응기에 투입 한 후 가열하여 내용물의 온도가 155℃가 될 때까지 승온하였다. 여기에 촉매로서 n-부탄올에 희석시킨 테트라부틸렌티타네이트(TBT)를 디메틸렌테레프탈레이트 대비 0.03중량%로 반응기에 투 입하여 120분 동안 220℃까지 승온하도록 가열프로그램을 시작하여, 반응에 의하여 발생되는 부산물인 메탄올을 유출 시켰다. 메탄올의 유출량 기준으로 디올이 모두 반응되었다고 판단되면 열안정제로서 인산을 디메틸렌테레프탈레이트 대비 0.04중량%로 반응기에 투입하여 약 10분 정도 교반을 실시하여 모노머를 얻었다. 이 모노머를 중합 반응기로 이송하여 280℃로 승온하면서 서서히 진공을 걸어 약 120분간 반응하여 공중합 폴리에스터를 얻었다. 이렇게 얻은 공중합 폴리에스터의 H-NMR로 측정한 조성은 전체 디올성분 중 이소솔바이드가 6몰%, 에틸렌글리콜이 31몰%, 1,4-사이클로헥산디메탄올이 63몰%였다.

제조예 2 : 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)의 제조

나프탈렌디카르복실산 100몰부에 대하여 에틸렌글리콜 200몰부를 교반기와 증류기 및 응축기가 부착된 스텐레스스틸제 모노머 제조 반응기에 투입한 후 가열하여 내용물의 온도가 155℃가 될 때까지 승온하였다. 여기에 촉매로 에틸렌글리콜에 용해한 망간아세테이트를 디메틸렌테레프탈레이트 대비 0.03중량%로 투입하여 120분 동안 220℃까지 승온하도록 가열프로그램을 시작하여, 반응에 의하여 발생되는 부산물인 메탄올을 유출시켰다. 메탄올의 유출량 기준으로 디올이 모두 반응되었다고 판단되면 열안정제로서 인산을 디메틸렌테레프탈레이트 대비 0.04중량% 투입하여 약 10분 정도 교반을 실시하여 모노머를 얻었다. 이 모노머를 중합 반응기로 이송하여 280℃로 승온하면서 서서히 진공을 걸어 약 120분간 반응하여 폴리에틸렌 나프탈레이트를 얻었다.

제조예 3 : 공중합 폴리에스터 (Co-PEN A)의 제조

나프탈렌디카르복실산 100몰부에 대하여 1,4-부탄디올 20몰부 및 에틸렌글리콜 170몰부를 교반기와 증류기 및 응축기가 부착된 스텐레스스틸제 모노머 제조 반응기에 투입한 후 가열하여 내용물의 온도가 155℃가 될 때까지 승온하였다. 여기에 촉매로 n-부탄올에 희석시킨 테트라부틸렌티타네이트 (TBT)를 디메틸렌테레프탈레이트 대비 0.03중량%를 투입하여 120분간 220℃까지 승온하도록 가열프로그램을 시작하여, 반응에 의하여 발생되는 부산물인 메탄올을 유출시켰다. 메탄올의 유출량 기준으로 1,4-부탄디올이 모두 반응에 참여하였다고 판단되면서 에틸렌글리콜에 용해한 망간아세테이트를 디메틸렌테레프탈레이트 대비 0.03중량%를 투입하여 에틸렌글리콜이 반응에 참여하도록 하였다. 최종적으로 메탄올량으로부터 반응이 종료 되었음을 확인한 후 열안정제로서 인산을 디메틸렌테레프탈레이트 대비 0.04중량% 투입하여 약 10분 정도 교반을 실시하여 모노머를 얻었다. 이 모노머를 중합 반응기로 이송하여 280℃로 승온하면서 서서히 진공을 걸어 약 70분간 반응하여 공중합 폴리에스터를 얻었다. 이렇게 얻은 공중합 폴리에스터의 H-NMR로 측정한 조성은 전체 디올성분 중 1,4-부탄디올이 20몰%였다.

제조예 4 : 공중합 폴리에스터(Co-PEN B)의 제조

1,4-부탄디올 대신 1,3-프로판디올을 사용한 것을 제외하고 상기 제조예 3과 동일한 방법으로 공중합 폴리에스터를 얻었다. 이렇게 얻은 공중합 폴리에스터의 H-NMR로 측정한 조성은 전체 디올성분 중 1,3-프로판디올이 20몰%였다.

비교 제조예 1 : 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 제조

디메틸렌테레프탈레이트(DMT) 100몰부에 대하여 에틸렌글리콜 200몰부를 교반기와 증류기 및 응축기가 부착된 스텐레스스틸제 모노머 제조 반응기에 투입한 후 가열하여 내용물의 온도가 155℃가 될 때까지 승온하였다. 여기에 촉매로 에틸렌글리콜에 용해한 망간아세테이트를 디메틸렌테레프탈레이트 대비 0.03중량%를 투입하여 120분간 220℃까지 승온하도록 가열프로그램을 시작하여, 반응에 의하여 발생되는 부산물인 메탄올을 유출시켰다. 메탄올의 유출량 기준으로 디올이 모두 반응되었다고 판단되면 열안정제로서 인산을 디메틸렌테레프탈레이트 대비 0.04중량% 투입하여 약 10분 정도 교반을 실시하여 모노머를 얻었다. 이 모노머를 중합 반응기로 이송하여 280℃로 승온하면서 서서히 진공을 걸어 약 120분간 반응하여 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 얻었다.

<필름 제조>

실시예 1 내지 4

제조예 1 내지 4에서 얻은 폴리머 펠렛을 이슬점 온도가 -40℃인 건조 공기를 60℃로 승온하여 건조한 제습건조기를 이용하여 약 6시간 동안 건조하였다. 이를 260℃ 내지 290℃로 용융 후 기어펌프를 이용하여 정량적으로 티-다이(T-die)를 통하여 압출하여 약 20℃로 유지되는 냉각 롤 위에서 무정형 시이트를 제조하였다.

비교예 1

비교 제조예 1에서 얻은 폴리머 펠렛을 사용한 것을 제외하고 실시예 1 내지 4와 동일하게 수행하여 무정형 시이트를 제조하였다.

비교예 2

비교 제조예 1에서 얻은 폴리머 펠렛을 이슬점 온도가 -40℃인 건조 공기를 60℃로 승온하여 건조한 제습건조기를 이용하여 약 6시간 동안 건조하였다. 이를 260℃ 내지 290℃로 용융 후 기어펌프를 이용하여 정량적으로 티-다이를 통하여 압출하여 약 20℃로 유지되는 냉각 롤 위에서 무정형 시이트를 제조하였다.

이 무정형 시이트를 종방향의 롤을 주속 차이 없이 통과시킨 후, 열풍으로 온도를 조절하는 텐터내로 보내어 열풍 온도가 90℃ 내지 120℃로 유지되는 예열존을 통과시킨 후 이어서 약 80℃ 내지 100℃의 열풍 온도 하에서 4.0배 연신하였다.

비교예 3

무정형 시이트를 종방향의 롤 온도를 유리전이온도보다 10℃ 높은 온도 내지 유리전이온도보다 20℃ 높은 온도범위로 유지하고, 롤의 주속차를 이용하여 4.0배가 되도록 연신한 것을 제외하고 비교예 2와 동일한 방법으로 수행하였다.

비교예 4

무정형 시이트를 종방향의 롤 온도를 유리전이온도보다 10℃ 높은 온도 내지 유리전이온도보다 20℃ 높은 온도범위로 유지하고, 롤의 주속차를 이용하여 4.0배 가 되도록 연신하였다. 그 다음 열풍으로 온도를 조절하는 텐터내로 보내어 열풍 온도가 90℃ 내지 120℃로 유지되는 예열존을 통과시킨 후 이어서 약 80℃ 내지 100℃의 열풍 온도 하에서 4.0배 연신하였다.

비교예 5 : 트리아세틸셀룰로오스(Triacetyl Cellulose, TAC)의 제조

후지사진 필름사제, 상품명 (후지택클리어, TAC)를 70 몰% 가량 비누화 처리하여 사용하였다. 비누화 처리로서는, 수산화나트륨이나 수산화칼륨과 같은 알칼리 수용액에 침지하는 방법을 들 수 있다.

상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 5에서 제작한 필름에 대한 각종 물성 평가 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 4에서 제조된 필름은 내열성, 열수축율, 투습도, 전광선 투과도 및 헤이즈가 전반적으로 우수하고, 590nm에서의 면내 위상차가 5nm 이하였다. 이에 반해, 유리전이온도가 낮은 비교예 1의 경우 변형이 쉽게 발생하였으며, 무정형 시이트를 일축 또는 이축 연신하여 얻은 비교예 2 내지 4에서 제조된 필름의 경우 면내 위상차가 매우 높았다. 또한, TAC 원료를 사용한 비교예 5에서 제조된 필름은 투습도가 매우 높았다.

<편광판의 제조>

실시예 5 내지 12 및 비교예 6 내지 8: 편광판의 제조

5배 일축 연신된 PVA 필름(쿠라레, 중합도 2,400, 비누화도 99.9 몰% 이상)과 이 편광자의 양면에 접착제로서, 물 100 중량부에 폴리비닐알코올 접착제 (POVAL, 쿠라레) 1.5 중량부를 녹인 용액을 접착한 후, 하기 표 2에 나타낸 바와 같이 상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 5에서 얻은 보호필름을 보호층 1 및 2에 각각 적층하고, 이 적층체를 80℃ 오븐에서 건조하여 편광판을 제조하였다.

실시예 5 내지 12 및 비교에 6 내지 8에서 제조된 편광판에 대한 각종 물성 평가 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 편광판의 적어도 하나의 PVA 보호층으로서 본 발명의 실시예에서 제조한 폴리에스터 필름을 사용하는 편광판의 경우, 본 발명의 폴리에스터 필름이 전혀 사용되지 않은 편광판에 비해, 간섭 불균일이 보이지 않았고, 내수성 및 열수축율 등의 물성이 우수하고 외관변형도가 양호한 수준이었다.

도 1은 일반적인 편광판 적층체의 구조를 나타내는 단면도이다.

Claims

디카르복실산 성분과 디올 성분을 포함하는 폴리에스터 필름으로서, 상기 디카르복실산 성분이 나프탈렌디카르복실산, 디메틸테레프탈레이트 및 테레프탈산 중에서 하나 이상 선택되고, 상기 디올 성분이 에틸렌 글리콜, 탄소수 3 이상인 직쇄형 또는 가지형 디올, 1,4-사이클로헥산디메탄올, 사이클로부탄디올 및 이소솔바이드 중에서 하나 이상 선택되고, 유리전이온도가 100℃ 이상인 폴리에스터 수지를 용융압출하여 얻은 무연신 폴리에스터 필름으로서, 상기 필름이 파장 590nm에서의 면내 위상차(retardation)가 20nm 이하인, 폴리에스터 필름.
제 1 항에 있어서,

40℃, 90% RH에서 10 내지 300g/(m²·24 hr)의 투습도를 갖는 것을 특징으로 하는 폴리에스터 필름.
제 1 항에 있어서,

40 내지 100㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 폴리에스터 필름.
편광자의 일면 또는 양면에 도포된 접착층 상에 제 1 항 내지 제 3 항에 따른 폴리에스터 필름이 보호층으로서 적층된 것을 특징으로 하는, 편광판 적층체.