KR20100084846A

KR20100084846A - 염료계 편광필름의 제조방법 및 그로부터 편광효율이 개선된 염료계 편광필름

Info

Publication number: KR20100084846A
Application number: KR1020090004202A
Authority: KR
Inventors: 김연수; 유상현; 한대만; 김진수; 이남희; 백명기; 김태진; 성명석; 송헌일; 김지혜; 여윤선; 김동환
Original assignee: 웅진케미칼 주식회사
Priority date: 2009-01-19
Filing date: 2009-01-19
Publication date: 2010-07-28

Abstract

본 발명은 염료계 편광필름을 제조함에 있어서 이색성 염료를 열가소성 수지에 염착시켜 미연신필름을 제조하고 이를 연신하여 염료계 편광필름을 제조하는 방법에 있어서, 상기 연신은 용매증기 어닐링(solvent vapor annealing)공정을 포함한다.

이를 통해 연신온도를 증가시키지 않고서도 용매증기 어닐링공정을 통해 염료의 정렬을 극대화시킬 수 있어, 용매증기 어닐링공정을 거치지 않은 편광필름에 비하여 0.9∼20%의 편광효율의 개선효과를 가진다. 나아가, 연신온도를 증가시키지 않으므로 고분자의 열적안정성이 유지되는 장점이 있다.

염료계 편광필름, 연신, 용매증기어닐링

Description

염료계 편광필름의 제조방법 및 그로부터 편광효율이 개선된 염료계 편광필름 {MANUFACTURING METHOD OF DYE-BASED POLARIZED FILM AND DYE-BASED POLARIZED FILM WITH HIGH EFFICIENT POLARIZATION MANUFACTURED THEREBY}

본 발명은 염료계 편광필름의 제조방법 및 그로부터 제조되어 편광효율이 개선된 염료계 편광필름에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연신공정의 온도를 증가시키지 않고서도 편광필름 내부에 포함되는 이색성 염료의 정렬효율을 극대화시킬 수 있는 염료계 편광필름에 관한 것이다.

1928년 처음으로 연구된 편광필름은 공업용도로서의 활용이 극히 한정되어 왔으나, 현대 산업사회가 고도의 정보화 시대로 발전하여 전자 디스플레이의 중요성이 점차 증대됨에 따라, 본격적으로 수요가 늘고 있다.

현재 시판 중인 편광필름은 그 종류와 성능에 따라 분류되는데, 투명한 폴리비닐알코올(PVA) 필름에 가시광 영역의 빛 흡수 능력을 부여하기 위하여, 높은 이색성을 갖는 요오드를 이용한 요오드계 편광필름이 대표적이다. 요오드계 편광필름은 고투과 고편광 특성이 요구되는 고선명 액정표시장치(LCD)용으로 사용되며, 현재 LCD에 사용되는 대부분의 편광필름이 요오드계 편광필름이다.

또 다른 유형의 편광필름은 상기 요오드의 승화성으로 인한 내구성 문제점을 해결하고자 개발된 염료계 편광필름이다. 염료계 편광필름은 고온 및 고습도 조건에서도 광학특성의 변화가 적은 높은 내구성 때문에 높은 내구성이 요구되는 LCD에 고내구성 편광필름으로서 사용된다. 또한, 염료계 편광필름은 색깔의 조절이 비교적 용이하기 때문에 다양한 색의 편광필름으로 제조할 수 있어 선글라스 등의 분야에도 사용되고 있다.

일반적으로 시판되고 있는 편광필름은 편광자로서 PVA에 요오드 또는 이색성 염료로 처리된 편광특성을 가지는 필름을 사용하며, 요오드의 높은 승화성과 낮은 내구성으로 인한 필름의 변형을 막기 위하여 보호층을 형성시키는데, 일반적으로 복굴절이 없고 투광율이 높고 파장 의존성이 없으며, 내열 내습 및 기계적 강도가 높은 트리아세틸 셀룰로오스, 폴리에스테르계, 폴리카보네이트계 등을 사용하는 것으로 알려져 있다. 또 그 사이에 점착제 처리하고 최외곽면에는 보호필름을 덮는 것으로 알려져 있다.

편광필름의 원리는 다음과 같다. 편광필름은 여러 방향으로 진동하면서 입사되는 자연광을 한쪽 방향으로만 진동하도록 즉, 편광되도록 하는 것이다. 특히, LCD는 액정의 복굴절을 이용하므로 액정 분자에 입사되는 빛의 진동방향을 조절한다는 것은 매우 중요한 것이다.

이와 같은 편광필름의 기능은 PVA 필름을 연신시켜 요오드 또는 이색성 염료 용액에 염색 또는 함침시켜 요오드 분자 또는 염료 분자를 연신방향으로 나란하게 배열시킴으로써 얻을 수 있다. 이때, 요오드 또는 염료 분자는 이색성을 가지기 때문 에 편광필름의 연신방향으로 진동하는 빛은 흡수하고, 수직한 방향으로 진동하는 빛은 투과하는 기능을 가진다.

한편, 요오드-PVA 편광필름은 우수한 내알칼리성 및 접착성에도 불구하고, 요오드의 강한 승화성으로 인하여 높은 온도와 습도에서 장시간 방치할 경우 편광 특성, 내열성 및 내구성이 현저히 저하되는 단점을 가지고 있어 필름 양면에 보호필름을 사용해야 한다. 이러한 문제점을 해소하고자, 최근에는 매우 높은 증기압을 가진 이색성 염료(dichronic dye)를 이용한 염료계 편광필름을 통해 요오드 편광필름의 문제점을 해결하려는 시도가 계속되고 있다.

한편, 열가소성 수지에 이색성 염료를 혼합하여 편광필름을 제조하기 위해서는 편광자의 역할을 하는 이색성 염료를 일정방향으로 정렬할 필요가 있다. 이때, 종래의 필름 압출가공방식으로서는 이색성 색소의 효과적인 정렬이 이루어지지 않으므로 별도의 연신공정을 통해 편광필름의 정렬도를 증가시킬 수 있다. 그러나, 연신에 의한 열 가소성 수지의 배향과 그에 수반되는 인접염료분자의 정렬은 요오드와 PVA 조합에 비해 효율이 떨어진다.

즉, 염료계 편광필름에 있어서, 열가소성 수지에 혼합된 이색성 색소는 필름 압출과정에서 정렬이 충분히 이루어지지 않기 때문에, 이를 정렬시키기 위하여 연신공정을 필요로 하며, 이러한 연신공정은 필름을 구성하는 고분자의 움직임이 가능한 온도에서 진행되지만, 일반적인 연신공정 온도에서 고분자의 점도가 높기 때문에 편광자의 정렬이 효율적이지 못하다. 따라서, 편광필름의 효율적인 정렬을 증가시키기 위하여, 고온에서 연신공정을 수행하는데, 이 경우 고분자의 열적안정성을 떨 어뜨리고, 연신이 가능한 수준의 기계적 특성을 충족시키지 못하는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 염료계 편광필름의 연신공정에서 용매증기어닐링 공정을 도입하여 연신공정 수행시, 온도를 상승시키지 않으면서 이색성 염료의 정렬을 극대화하는 염료계 편광필름의 제조방법 및 그로부터 제조된 편광효율이 개선된 염료계 편광필름을 제공하는 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 염료계 편광필름의 제조방법은 열가소성 수지에 이색성 염료를 염착시켜 미연신필름을 제조하고 이를 연신하여 염료계 편광필름을 제조하는 방법에 있어서, 상기 미연신 필름을 유기용매 증기로 충진된 챔버에 통과시켜 어닐링한 후 또는 어닐링 중 연신하는 것으로서, 용매증기어닐링(solvent vapor annealing)공정을 수행한다.

상기 용매증기어닐링 공정은 미연신필름 또는 연신 중인 필름에 용매증기를 쐬어주는 공정을 통해 진행되며, 용매증기는 용매의 휘발성으로 인해 생성되고 용매증기의 농도는 용매증기가 가해지는 챔버 내의 온도변화를 통하여 조절될 수 있다.

상기 용매증기어닐링 공정에 사용되는 용매는 바람직하게는 상기 이색성 염료 및 열가소성 수지와 상용성을 가지는 유기용매를 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 상기 유기용매는 테트라하이드로퓨란, 톨루엔, 벤젠, 자일렌 등의 방향족 용매, 메틸렌클로라이드, 클로로포름, 카본테트라클로라이드 등의 할로겐류 용매, 피리 딘, 디메틸포름아마이드 등의 아민계 용매, 저급알코올 및 디메틸설폭사이드를 포함하는 티올계 용매로 이루어진 극성용매에서 선택되는 단독 또는 그 혼합형태를 사용할 수 있다.

상기 용매증기어닐링 공정은 챔버 내 온도가 0∼200℃에서 수행되는 것이 바람직하다.

본 발명의 염료계 편광필름은 이색성 염료를 정렬시키기 위하여, 연신공정에서 연신온도를 증가시키지 않고서도 용매증기어닐링 공정을 통해 염료의 정렬을 극대화시킬 수 있어, 용매증기어닐링 공정을 거치지 않은 편광필름에 비하여 0.9∼20%의 편광효율의 개선효과를 가진다.

나아가, 연신온도를 증가시키지 않으므로 고분자의 열적 안정성이 유지되는 장점이 있다.

이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명은 열가소성 수지에 이색성 염료를 염착시켜 미연신필름을 제조하고 이를 연신하여 이색성 염료를 정렬하는 염료계 편광필름을 제조하는 방법에 있어서, 상기 미연신 필름을 유기용매 증기로 충진된 챔버에 통과시켜 어닐링(solvent vapor annealing)한 후 또는 어닐링 중 연신하는 염료계 편광필름의 제조방법을 제공한다.

구체적으로, 본 발명의 염료계 편광필름의 제조방법은 열가소성 수지와 이색성 염 료를 적절하게 혼합하여 미연신 필름을 제조한 후, 연신 전 또는 연신 중에 용매증기 어닐링(solvent vapor annealing)공정을 수행함으로써, 연신온도를 올리지 않고서도 이색성 염료분자의 정렬을 극대화시킬 수 있다. 이에, 본 발명의 염료계 편광필름의 제조방법에 따라 제조된 편광필름은 용매증기어닐링 공정을 거치지 않고 제조된 편광필름에 비하여 0.9∼20%의 편광효율의 개선효과를 가진다.

또한, 본 발명의 염료계 편광필름의 제조방법은 연신온도를 증가시키지 않으므로 고분자의 열적안정성을 유지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제조방법에 실시하는 용매증기어닐링공정의 공정도로서, 반응챔버(110)의 하단부에는 용매 증기압의 조절 및 반응챔버 내부의 온도를 조절하기 위한 가열판(112)이 위치하고, 상기 가열판(112)의 상단에는 상기 가열판(112)을 통해 발생한 열이 용매층에 균일하게 전달될 수 있도록 열전달층(113)이 구비된다. 상기 열전달층(113)의 상부에는 용매층(114)이 위치하고 상기 용매층(114)은 용매 컨테이너(111)와 연통되어 용매층(114)의 용매가 부족한 경우 밸브(116)를 통해 용매 컨테이너(111)로부터 용매층(114)으로 용매를 수송한다. 또한, 상기 용매층(114)에 용매가 투입되도록 함으로써, 미연신 필름(100)과의 직접 접촉이 일어나지 않도록 한다.

상기 열전달층(113)을 통해 용매층(114)이 가열되면, 상기 용매층(114)에서 용매증기(도 1의 화살표)가 생성되어 반응챔버(110)의 상단부를 통과하는 미연신필름(100)을 쐬어주게 되어 용매증기어닐링 공정을 수행하게 된다. 한편, 반응챔버(110) 내부는 상온보다 높은 온도로 인해 용매 증기압이 반응챔버(110)의 외부보 다 높으므로 필름의 투입구와 송출구를 최소화하여 용매 증기압을 일정하게 유지시킬 수 있다.

상기 용매증기어닐링 공정 중, 챔버는 용매의 증기압과 온도가 조절 가능하도록 하며, 이때, 챔버 내 온도는 0 내지 200℃에서 1 내지 50분 동안 수행될 수 있다.

본 발명의 염료계 편광필름의 제조방법에서 수행하는 용매증기어닐링 공정은 이색성 염료를 정렬하기 위하여 연신이 진행중인 미연신필름에 용매증기를 쐬어주는 공정을 의미하는 것으로, 바람직하게는 이색성 염료가 함유된 미연신 필름이 연신공정에서 챔버를 통과할 때 미연신필름에 대하여 상용성이 우수한 용매증기를 미연신필름에 쐬어주는 공정을 통해 달성된다. 용매증기는 용매의 온도에 따른 휘발성에 의해 생성 및 농도가 조절될 수 있으며, 이와 같이 생성된 용매증기가 미연신 또는 연신 중인 필름과 접촉하여 필름내부로 확산된다. 상기와 같이, 필름 내부로 확산된 용매는 필름을 구성하는 고분자와 이색성 색소와의 상용성으로 고분자의 부피를 증가시키며, 이색성 색소의 분자단위 분산을 돕게 된다. 부피가 증가된 고분자는 부피가 증가되기 전보다 연신 중에 고분자 사슬의 정렬이 용이하며, 용매에 의해 분산성이 향상된 이색성 염료의 고분자 사슬에의 침착과 정렬이 효율적으로 이루어 질 수 있다.

본 발명에 사용되는 이색성 염료는 통상의 염료계 편광필름의 제조에 사용되는 것이라면 종류에 제한없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 안트라퀴논(anthraquinone)계, 아조(azo)계의 이색성 염료(dichroic dye)를 사용할 수 있다.

본 발명의 본 발명의 염료계 편광필름의 제조방법에 사용되는 열가소성 수지는 통상의 염료계 편광필름에 사용되는 열가소성 수지에서 선택하여 사용할 수 있으며, 바람직하게는 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 아몰포스폴리에틸렌테레프탈레이트(APET), 폴리프로필렌테레프탈레이트(PPT), 폴리나프탈렌테레프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트글리세롤(PETG), 폴리사이클로헥실렌디메틸렌테레프탈레이트(PCTG), 변성트리아세틸셀룰로스(TAC), 사이클로올레핀폴리머(COP), 사이클로올레핀코폴리머(COC), 디시클로펜타디엔폴리머(DCPD), 시클로펜타디엔폴리머(CPD), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리이미드(PI), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리에테르술폰(PES), 폴리에테르이미드(PEI), 실리콘수지, 불소수지 및 변성에폭시수지로 이루어진 군에서 선택되는 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

본 발명의 용매증기어닐링 공정에서 사용되는 유기용매는 이색성 색소와의 상용성이 우수한 용매를 사용하며, 보다 바람직하게는 열가소성 수지를 팽창시킬 수 있는 용매와 이색성 색소와의 상용성이 우수한 용매를 혼합 사용하는 것이다.

구체적으로 미연신 필름을 팽창시킬 수 있는 용매는 테트라하이드로퓨란(THF), 톨루엔, 벤젠, 자일렌, 디메틸포름아마이드(DMF), 디메틸설폭사이드(DMSO), N-메틸피롤리돈(NMP), 메틸렌클로라이드(MC), 클로로포름, 카본테트라클로라이드 등을 사용할 수 있으며, 이색성 색소와 상용성이 좋은 용매로는 테트라하아드로퓨란(THF), 클로로포름, 메틸렌클로라이드, 알콜, 아민, 티올 계열의 용매를 사용하는 것이 바람직하다.

이에, 본 발명의 용매증기어닐링 공정에서 사용되는 유기용매로 더욱 바람직하게는 테트라하이드로퓨란, 톨루엔, 벤젠 및 자일렌을 포함하는 방향족 용매, 메틸렌클로라이드, 클로로포름 및 카본테트라클로라이드를 포함하는 할로겐류 용매, 피리딘 및 디메틸포름아마이드를 포함하는 아민계 용매, 저급알코올 또는 디메틸설폭사이드를 포함하는 티올계 용매로 이루어진 극성용매에서 선택되는 하나 이상을 사용하는 것이다.

나아가, 시클로헥산 등 짧은 사슬 또는 고리형의 탄화수소 용매나 짧은 사슬 또는 고리형의 지방족 탄화수소 용매 등을 사용하는 것도 가능하다.

본 발명은 용매증기어닐링 공정을 이용한 염료계 편광필름의 제조방법으로부터 제조된 편광필름을 제공한다.

특히, 본 발명의 용매증기어닐링 공정을 적용하면, 이색성 염료의 배향효율이 증가되어, 용매증기어닐링 공정을 수행하지 않은 편광필름에 비해 0.9∼20% 편광효율의 개선효과를 보인다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다.

본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

PET 100 중량부에 대하여, 이색성 색소(Disperse red 60)를 0.2 중량부 혼합한 후, 270℃에서 압출하여 300㎛ 두께의 필름을 제조하였다. 테트라하이드로퓨란과 클로 로포름의 1:1 혼합용매를 이용한 증기 분위기로 유지한 증기용매어닐링공정을 상온보다 높은 50℃의 온도에서 10분간 수행하면서 5배 연신하여 염료계 편광필름을 제조하였다.

<실시예 2>

증기용매어닐링공정을 30℃의 온도에서 수행하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 염료계 편광필름을 제조하였다.

<비교예 1>

PET 100 중량부에 대하여, 이색성 색소(Disperse red 60)를 0.2 중량부 혼합한 후 270℃에서 압출하여 300㎛ 두께의 필름을 제조하고, 100℃에서 5배 연신하여 염료계 편광필름을 제조하였다.

본 발명의 염료계 편광필름의 편광도 및 투과도 측정결과

구분	편광도(%)	투과도(%)
실시예 1	90	42
실시예 2	83	40
비교예 1	75	35

상기 표 1의 결과로부터, 증기용매어닐링공정을 수행하여 제조된 실시예 1 및 2의 편광필름은 통상의 연신온도보다 낮은 온도에서 수행하면서도 현저히 개선된 편광도를 확인하였으며, 투과도 역시 향상된 결과를 보였다.

본 발명은 염료계 편광필름의 편광효율을 극대화할 수 있어 화학공업상 매우 유용한 발명이다.

본 발명의 염료계 편광필름의 제조방법은 이색성 염료를 정렬시키기 위하여, 연신공정에서 연신온도를 증가시키지 않고서도 용매증기어닐링 공정을 통해 염료의 정렬을 극대화시킬 수 있는 방법이며, 이로부터, 용매증기어닐링 공정을 거치지 않은 편광필름에 비하여 0.9∼20%의 편광효율의 개선효과를 가지고 열적 안정성이 유지된 염료계 편광필름을 제공할 수 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만, 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허 청구 범위에 속함은 당연한 것이다.

도 1은 본 발명의 염료계 편광필름의 제조방법에서 수행하는 용매증기어닐링 공정에 대한 공정도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 미연신 필름 110 : 반응챔버

111 : 용매 컨테이너 112 : 가열판

113 : 열전달층 114 : 용매층

115 : 용매증기층 116:밸브

Claims

열가소성 수지에 이색성 염료를 염착시켜 미연신필름을 제조하고 이를 연신하여 이색성 염료를 정렬하는 염료계 편광필름을 제조하는 방법에 있어서,

상기 미연신 필름을 유기용매 증기로 충진된 챔버에 통과시켜 어닐링한 후 또는 어닐링 중 연신하는 것을 특징으로 하는 염료계 편광필름의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 유기용매가 이색성 염료와 상용성을 가지는 유기용매인 것을 특징으로 하는 상기 염료계 편광필름의 제조방법.
제2항에 있어서, 상기 이색성 염료와 상용성을 가지는 유기용매에 열가소성 수지와 상용성을 가지는 유기용매를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 염료계 편광필름의 제조방법.
제1항에 있어서, 챔버의 온도가 0∼200℃인 것을 특징으로 하는 상기 염료계 편광필름의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 챔버가 챔버하단부에 가열판, 열전달층 및 용매층이 순차적층되고, 챔버상단부에 용매증기가 충진되도록 구성된 것을 특징으로 하는 상기 염료계 편광필름의 제조방법.
제5항에 있어서, 상기 챔버상단부에 미연신 필름 또는 연신 중인 필름이 통과하도록 구성된 것을 특징으로 하는 상기 염료계 편광필름의 제조방법.
제5항에 있어서, 상기 챔버하단부 중, 용매층에 용매가 투입되어 미연신 필름과 접촉되지 않도록 구성된 것을 특징으로 하는 상기 염료계 편광필름의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 유기용매가 테트라하이드로퓨란, 톨루엔, 벤젠 및 자일렌을 포함하는 방향족 용매, 메틸렌클로라이드, 클로로포름 및 카본테트라클로라이드를 포함하는 할로겐류 용매, 피리딘 및 디메틸포름아마이드를 포함하는 아민계 용매, 저급알코올 또는 디메틸설폭사이드를 포함하는 티올계 용매로 이루어진 극성용매에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 상기 염료계 편광필름의 제조방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 염료계 편광필름의 제조방법으로부터 제조되어, 용매증기어닐링 공정을 수행하지 않은 편광필름 대비 0.9∼20% 편광효율의 개선된 염료계 편광필름.