KR20110068837A

KR20110068837A - 광폭 필름 제조용 캐스팅 벨트

Info

Publication number: KR20110068837A
Application number: KR1020100112468A
Authority: KR
Inventors: 김혁전; 김기엽; 손성호; 조용균; 이철호; 황유석
Original assignee: 에스케이이노베이션 주식회사
Priority date: 2009-12-14
Filing date: 2010-11-12
Publication date: 2011-06-22

Abstract

본 발명은 솔벤트 캐스팅 공정에 의한 광학필름 제조시 사용되는 캐스팅 벨트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액정 디스플레이의 편광판이나 광학 보상 필름 등에 사용되는 필름 제조시 도프를 캐스팅하여 겔 상태의 필름을 생성하는데 사용되는 광폭 필름 제조용 캐스팅 벨트에 관한 것이다.

Description

광폭 필름 제조용 캐스팅 벨트{casting velt for producing wide width film}

셀룰로오스 아실레이트 필름은 높은 투명성과 기계적 강도를 가지고 있으며, 습도 및 온도에 크게 의존하지 않는 치수 안정성도 가지고 있다. 따라서 이와 같은 특성이 요구되는 광학재료의 지지체로 널리 사용이 되고 있다. 보통 셀룰로오스 아실레이트 필름은 용매와 폴리머를 같이 녹여 만들어진 도프를 무단 지지체 위에 캐스팅하여 제조한다.

캐스팅 방법은 무단 지지체의 종류에 따라 크게 벨트 캐스팅과 드럼 캐스팅 두가지로 나눌 수 있다. 벨트 캐스팅은 도프를 벨트 위에 캐스팅하고 약간의 용매를 건조시켜서 박리하고 후단공정으로 필름을 이송하는 방법이고, 드럼 캐스팅은 도프를 드럼 위에 캐스팅하고 거의 건조를 시키지 않은 상태에서 박리하고 후단 공정으로 필름을 이송하는 방법이다.

보통 벨트 캐스팅은 필름의 건조 조건을 조절할 수 있어 다양한 필름 제조의 장점이 있으며 드럼 캐스팅은 고속 캐스팅이 가능, 대량 생산의 장점이 있다. 두가지 제조 방법 모두 무단 지지체인 벨트 및 드럼의 표면이 정밀하게 가공이 되어 있어야만 액정 디스플레이에서 요구하는 깨끗한 표면의 필름을 얻을 수 있다.

무단 지지체의 표면을 정밀하게 가공하기 위해서는 벨트와 드럼 모두 표면을 정밀 연마하여야 한다. 벨트의 경우는 스테인레스 스틸 재질의 벨트를 그라인딩 및 연마 과정을 거쳐서 제조하며 드럼은 카본 스틸 재질의 드럼에 니켈 도금 및 하드크롬 도금을 실시하고 연마 과정을 거쳐 제조한다.

드럼의 경우 문제가 되지 않으나, 도1을 참조하면 벨트는 무단 지지체가 되기 위해서는 벨트 양 끝단을 연결하기 위한 이음매(11)를 형성하여야 한다. 이음매를 형성하기 위한 방법으로는 용접이 널리 사용되고 있는데, 통상적으로 티그 용접, 레이저 용접 등의 방법이 사용되고 있다. 용접은 연마 전에 미리 실시할 수 있으며, 연마 후에 실시할 수도 있다. 용접 후 용접 부위가 벨트 위에 남게 될 수 있기 때문에 용접 부위를 깨끗하게 연마하여 필름 제조시 문제가 발생하지 않도록 해야 한다. 그러나 용접 부위를 완전하게 없애는 것은 불가능하며 육안으로도 구분이 가능하다. 따라서 제조된 셀룰로오스 아실레이트을 이용하여 편광판이나 광학 보상 필름 제조에 사용할 때 일부 제품의 경우는 용접선 부분의 제품은 잘라내고 사용하는 경우도 있다.

최근 액정 디스플레이의 크기는 점점 커지고 있는 추세이며 이에 대응하기 위해 편광판 및 광학 보상 필름도 광폭화 되고 있다. 따라서 광폭화 추세 및 편광판 및 광학 보상 필름 제조시의 수율 증가를 위해 셀룰로오스 아실레이트 필름 또한 광폭화의 진행이 필요하다.

드럼은 현재까지 개발된 방법으로 2030 mm 이상의 폭을 가지는 드럼을 제조할 수 있어 광폭의 필름 제조가 가능하나, 벨트의 경우는 최대 2030 mm의 폭을 가지는 벨트를 제조하는 것이 한계인 것으로 알려져 있다. 따라서, 2030 mm 이상의 폭을 가지는 광폭 벨트를 형성하기 위하여 2 개의 벨트를 길이 방향을 따라 용접하는 것이 가능한데, 2 개의 벨트 사이에 길이방향을 따라 용접으로 인한 중앙부 이음매가 형성되어 제조된 필름에 상기 중앙부 이음매로 인한 각인이 남게 되어 그대로 사용하기 어려운 문제점이 있다.

벨트에 캐스팅된 도프는 박리되어 텐터, 건조기 등을 통해 필름으로 제조된다. 캐스팅 후 박리까지 필름이 폭 방향으로 약간 수축이 진행되며, 텐터에서 필요시 연신을 실시한다. 건조기를 이용한 건조공정에서는 필름의 큰 수치 변화는 진행되지 않는다. 보통 필름의 원활한 이송 및 필름 전체의 특성을 일정하게 하기 위하여 필름의 양 끝단을 잘라내는 트리밍 공정을 실시하는데, 트리밍 공정은 캐스팅 공정 후, 텐터 공정 후, 건조 공정 후 등의 1 ~ 2 곳에서 실시한다.

따라서 2030 mm 폭의 벨트를 사용할 경우를 고려하면 제조할 수 있는 필름의 폭은 2.03m 이하이다. 실제 캐스팅 시의 안정성, 텐터에서의 연신 및 필름 양 끝단 제거 등을 고려하면 제조할 수 있는 최대 폭은 1800mm 이하이기 때문에 광폭화 추세에 맞는 필름의 제조가 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 벨트 캐스팅 방법에 의해 필름 제조시 중앙부분에 길이방향을 따라 형성되는 길이방향 용접부가 필름에 전사되지 않는 광폭 필름 제조용 캐스팅 벨트를 제공하고자 한다.

본 발명은 벨트 캐스팅 방법에 의해 필름 제조시 좌측 벨트 및 우측 벨트에 폭방향을 따라 형성되는 좌측벨트 용접부 및 우측 벨트 용접부가 각각 필름에 전사되지 않는 광폭 필름 제조용 캐스팅 벨트를 제공하고자 한다.

본 발명은 솔벤트 캐스팅 공정에 의한 광학 필름 제조시 겔 상태 필름이 형성되도록 폴리머 용액이 캐스팅되는 캐스팅 벨트에 있어서, 좌측 벨트(110); 상기 좌측 벨트(110)의 우측에 배치되는 우측 벨트(120); 상기 좌측 벨트(110)의 우측단과 상기 우측 벨트(120)의 좌측단을 잇는 길이방향 용접부(130); 상기 좌측 벨트(110)의 길이방향에 형성되는 양측단을 잇는 좌측 벨트 용접부(111); 상기 우측 벨트(120)의 길이방향에 형성되는 양측단을 잇는 우측 벨트 용접부(121); 를 포함하되, 상기 길이방향 용접부(130)의 두께 tw는, 상기 좌측 벨트(110) 및 우측 벨트(120)의 두께를 tb라 할 때, 9.95tb≤ tw≤ 1.05tb이고, 상기 길이방향 용접부(130)에 형성되는 핀홀(pin hole)인 중앙부 핀홀(pin hole)은 사이즈(size)가 20 ~ 50 ㎛ 이고, 깊이가 50 ㎛ 이내인 것을 특징으로 하는 광폭 필름 제조용 캐스팅 벨트에 관한 것이다.

본 발명에 있어서, 상기 좌측 벨트 용접부(111)의 두께 tl은 9.95tb≤ tl≤ 1.05tb이고, 상기 좌측 벨트 용접부(111)에 형성되는 핀홀(pin hole)인 좌측부 핀홀(pin hole)은 사이즈(size)가 20 ~ 50 ㎛ 이고, 깊이가 50 ㎛ 이내이며, 상기 우측 벨트 용접부(121)의 두께 tr은 9.95tb≤ tr≤ 1.05tb이고, 상기 우측 벨트 용접부(121)에 형성되는 핀홀(pin hole)인 우측부 핀홀(pin hole)은 사이즈(size)가 20 ~ 50 ㎛ 이고, 깊이가 50 ㎛ 이내일 수 있고, 상기 길이방향 용접부(130)의 폭 Ww,상기 좌측 벨트 용접부(111)의 폭 Wl,및 상기 우측 벨트 용접부(121)의 폭 Wr은 각각 2 mm 이내일 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 좌측 벨트 용접부(111)와 상기 우측 벨트 용접부(121)는 동일한 직선상에 위치할 수 있는데, 상기 좌측 벨트 용접부(111)와 상기 우측 벨트 용접부(121)는 상기 광폭 필름 제조용 캐스팅 벨트(100)의 횡단면과 10°의 각도를 이룰 수 있고, 상기 좌측 벨트(110)의 폭 및 상기 우측 벨트(120)의 폭은 각각 2000 mm일 수 있다.

본 발명에 따르면 좌측 벨트의 우측단과 우측 벨트의 좌측단을 잇는 길이방향 용접부, 좌측 벨트에 형성되는 좌측 벨트 용접부 및 우측 벨트에 형성되는 우측 벨트 용접부가 필름에 전사되지 않으면서도 1800 mm 이상의 광폭 필름을 제조할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 광학필름의 제조공정 중 연신단계에서 필름의 연신율을 크게 하지 않아도 광폭의 필름을 제조할 수 있으므로, 필름에 요구되는 면내 위상차 내지 면상 위상차 및 필름의 두께 등에 대한 제한 요건을 충족시키면서도 요구되는 폭의 필름을 용이하게 제조할 수 있는 장점이 있다.

도1은 종래의 캐스팅 벨트의 사시도.
도2는 본 발명의 일실시예의 사시도.
도3은 본 발명의 일실시예의 평면도.
도4는 본 발명의 일실시예의 분해 사시도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 일실시예는 본 발명에 따른 광폭 필름 제조용 캐스팅 벨트에 관한 것이다.

도2는 본 발명의 일실시예의 사시도를, 도3은 본 발명의 일실시예의 평면도를, 도4는 본 발명의 일실시예의 분해 사시도를 나타낸다.

솔벤트 캐스팅(Solvent Casting)에 의한 광학 필름 제조의 경우 폴리머 용액을 이용하여 필름을 제조하기 위하여 벨트에 폴리머 용액을 포함하는 도프를 캐스팅하는 작업, 캐스팅 작업에서 형성된 겔 상태의 필름을 박리하는 박리 작업, 박리된 필름을 텐터를 통하여 연신하는 연신 작업, 연신된 필름을 건조시키는 건조 작업, 건조된 필름을 권취하는 권취 작업 등이 수행된다.

본 발명의 일실시예는 솔벤트 캐스팅(Solvent Casting)에 의한 광학 필름 제조의 경우 캐스팅 작업에 사용되는 벨트, 즉 겔 상태의 필름이 형성되도록 폴리머 용액이 포함된 도프가 캐스팅되는 광폭 필름 제조용 캐스팅 벨트에 관한 것이다.

도2 및 도3을 참조하면 광폭 필름 제조용 캐스팅 벨트(100)는 좌측 벨트(110) 및 우측 벨트(120)를 가진다.

도3 및 도4를 참조하면 좌측 벨트(110) 및 우측 벨트(120)는 각각 좌측 벨트 용접부(111) 및 우측 벨트 용접부(121)를 가진다.

도4를 참조하면 좌측 벨트 용접부(111)는 좌측 벨트(110)가 무단 벨트를 이루도록 좌측 벨트(110)의 길이방향에 형성되는 양측단을 상호 이어주는 이음매이다. 좌측 벨트 용접부(111)는 용접에 의하여 형성되는데, YAG 레이저 용접 또는 일반 레이저 용접에 의하여 형성될 수 있다. YAG 레이저 용접에 의하는 경우 좌측 벨트 용접부(111)의 폭 Wl을 1 mm 이내로 할 수 있고, 일반 레이저 용접에 의하여는 경우 좌측 벨트 용접부(111)의 폭 Wl을 2 mm 이내로 할 수 있다. 좌측 벨트 용접부(111)의 폭이 크게 되면 용접부가 필름에 전사될 가능성이 있으므로 좌측 벨트 용접부(111)의 폭 Wl을 2 mm 이내, 1.5 mm 이내 또는 1 mm 이내로 하는 것이 바람직하다.

도4를 참조하면 좌측 벨트 용접부(111)는 광폭 필름 제조용 캐스팅 벨트(100)의 횡단면과 이루는 각 θ는 10°가 되도록 형성된다. 이는 광폭 필름 제조용 캐스팅 벨트(100)에 장력(Tension)을 가하고 운전을 실시할 경우 좌측 벨트(110)에 가해지는 힘을 최대한 분산시켜 좌측 벨트 용접부(111)의 파손을 막기 위함이다.

도면에 도시되지 않았지만 좌측 벨트 용접부(111)에 형성되는 핀홀(pin hole)인 좌측부 핀홀(pin hole)은 사이즈(size)가 20 ~ 50 ㎛ 이고, 깊이가 50 ㎛ 이내이다. 용접시 기포가 발생하게 되는데, 이것이 핀홀(pin hole)로 나타나게 된다. 보통 사람이 육안으로 최대한 관찰가능한 핀홀(pin hole)의 사이즈(size)는 20 ㎛로 알려져 있다. 따라서 50 ㎛까지는 크게 문제가 발생하지 않을 수 있으나 이 이상 넘어갈 경우 LCD용 필름으로 사용하기에는 한계가 있다.

도4를 참조하면 우측 벨트 용접부(121)는 우측 벨트(120)가 무단 벨트를 이루도록 우측 벨트(120)의 길이방향에 형성되는 양측단을 상호 이어주는 이음매이다. 우측 벨트 용접부(121)는 용접에 의하여 형성되는데, YAG 레이저 용접 또는 일반 레이저 용접에 의하여 형성될 수 있다. YAG 레이저 용접에 의하는 경우 우측 벨트 용접부(121)의 폭 Wr을 1 mm 이내로 할 수 있고, 일반 레이저 용접에 의하여는 경우 우측 벨트 용접부(121)의 폭 Wr을 2 mm 이내로 할 수 있다. 우측 벨트 용접부(121)의 폭이 크게 되면 용접부가 필름에 전사될 가능성이 있으므로 우측 벨트 용접부(121)의 폭 Wr을 2 mm 이내, 1.5 mm 이내 또는 1 mm 이내로 하는 것이 바람직하다.

도4를 참조하면 우측 벨트 용접부(121)는 광폭 필름 제조용 캐스팅 벨트(100)의 횡단면과 이루는 각 θ는 10°가 되도록 형성된다. 이는 광폭 필름 제조용 캐스팅 벨트(100)에 장력(Tension)을 가하고 운전을 실시할 경우 우측 벨트(110)에 가해지는 힘을 최대한 분산시켜 우측 벨트 용접부(121)의 파손을 막기 위함이다.

도3을 참조하면 우측 벨트 용접부(121)는 좌측 벨트 용접부(111)와 동일한 직선상에 위치하도록 형성된다. 좌측 벨트 용접부(111) 및 우측 벨트 용접부(121)는 후술하는 길이방향 용접부(130)가 형성된 후에 1회의 용접으로 형성될 수 있다.

도면에 도시되지 않았지만 우측 벨트 용접부(121)에 형성되는 핀홀(pin hole)인 우측부 핀홀(pin hole)은 상기 좌측부 핀홀(pin hole)과 마찬가지로 사이즈(size)가 20 ~ 50 ㎛ 이고, 깊이가 50 ㎛ 이내이다.

한편, 도면에 도시되지는 않았지만 좌측 벨트(110) 및 우측 벨트(120)의 두께를 tb라 할 때, 좌측 벨트 용접부(111)의 두께 tl은 9.95tb≤ tl≤ 1.05tb이고, 우측 벨트 용접부(121)의 두께 tr은 9.95tb≤ tr≤ 1.05tb이다. 즉, 좌측 벨트 용접부(111) 및 우측 벨트 용접부(121)가 주변부와 이루는 두께 편차는 5% 이내가 된다. 이는 용제 캐스팅(solvent casting) 필름에서 용접부가 필름(film)에 전사되는 것을 방지하기 위함이다.

한편, 좌측 벨트(110)의 폭 및 우측 벨트(120)의 폭은 각각 2000 mm 또는 기존의 최대 벨트 폭인 2030 mm일 수 있다.

도2 및 도3을 참조하면 좌측 벨트(110)의 우측에는 우측 벨트(120)가 배치된다. 좌측 벨트(110)의 우측단과 우측 벨트(120)의 좌측단은 길이방향 용접부(130)에 의하여 일체로 이어진다. 길이방향 용접부(130)는 용접에 의하여 형성되는데, YAG 레이저 용접 또는 일반 레이저 용접에 의하여 형성될 수 있다. YAG 레이저 용접에 의하는 경우 길이방향 용접부(130)의 폭 Ww을 1 mm 이내로 할 수 있고, 일반 레이저 용접에 의하여는 경우 길이방향 용접부(130)의 폭 Ww을 2 mm 이내로 할 수 있다. 길이방향 용접부(130)의 폭이 크게 되면 용접부가 필름에 전사될 가능성이 있으므로 길이방향 용접부(130)의 폭 Ww을 2 mm 이내, 1.5 mm 이내 또는 1 mm 이내로 하는 것이 바람직하다.

한편, 도면에 도시되지는 않았지만 좌측 벨트(110) 및 우측 벨트(120)의 두께를 tb라 할 때, 길이방향 용접부(130)의 두께 tw는 9.95tb≤ tw≤ 1.05tb이다. 즉, 길이방향 용접부(130)가 주변부와 이루는 두께 편차는 5% 이내가 된다. 이는 용제 캐스팅(solvent casting) 필름에서 용접부가 필름(film)에 전사되는 것을 방지하기 위함이다.

도면에 도시되지 않았지만 길이방향 용접부(130)에 형성되는 핀홀(pin hole)인 중앙부 핀홀(pin hole)은 상기 좌측부 핀홀(pin hole) 및 상기 우측부 핀홀(pin hole)과 마찬가지로 사이즈(size)가 20 ~ 50 ㎛ 이고, 깊이가 50 ㎛ 이내이다.

한편, 상기한 일실시예에 따른 벨트를 사용하여 광폭 필름을 제조하는 경우, 캐스팅 작업에서 형성된 겔 상태의 필름을 벨트로부터 박리하는 시점에서의 잔류 용매량은 25% 이상인 것이 바람직하다. 이 이하에서 박리를 실시할 경우 벨트 위에서 필름 건조 진행이 많이 되어 용접부의 전사가 용이하게 일어난다.

또한, 상기한 일실시예에 따른 벨트를 사용하여 광폭 필름을 제조하는 경우, 벨트에 캐스팅되는 도프의 점도는 150 poise 이상인 것이 바람직하다. 이 이하의 범위에서 캐스팅을 실시할 경우 도프의 점도가 낮아 용접부의 전사가 용이하게 일어난다. 캐스팅되는 도프의 점도를 조절하기 위해서 고체 함유량 (Solid Contents)을 18wt% 이상으로 높이거나, 디클로로 메틸렌-메탄올의 혼합비 중 메탄올이 차지하는 비율을 늘려 90:10 이상으로 하거나, 제 3의 용매로서 부탄올 등을 사용할 수 있다.

본 발명은 용접부(130, 111, 121)에 형성되는 상기 중앙부 핀홀(pin hole), 상기 좌측부 핀홀(pin hole) 및 상기 우측부 핀홀(pin hole)의 사이즈(size)와 깊이를 작게하고, 용접부(111, 121, 130)와 주변부의 두께 편차를 작게하여 용접부(111, 121, 130)가 필름에 전사되지 않으면서도 1800 mm 이상의 광폭 필름을 제조할 수 있는 장점이 있다. 즉, 솔벤트 캐스팅(Solvent Casting)에 의한 광학 필름 제조의 경우 일반적인 익스트루젼(Extrusion Casting)에 비해 벨트의 표면 상태에 따라 필름의 표면 상태가 크게 영향을 받는데, 본 발명에 따르면 용접부가 광학 필름에 전사되지 않는 광폭 필름을 얻을 수 있다.

본 발명은 광학필름의 제조공정 중 연신단계에서 필름의 연신율을 크게 하지 않아도 광폭의 필름을 제조할 수 있으므로, 필름에 요구되는 면내 위상차 내지 면상 위상차 및 필름의 두께 등에 대한 제한 요건을 충족시키면서도 요구되는 폭의 필름을 용이하게 제조할 수 있는 장점이 있다.

100:광폭 필름용 캐스팅 벨트
110:좌측 벨트 111:좌측 벨트 용접부
120:우측 벨트 121:우측 벨트 용접부
130:길이방향 용접부

Claims

솔벤트 캐스팅 공정에 의한 광학 필름 제조시 겔 상태 필름이 형성되도록 폴리머 용액이 캐스팅되는 캐스팅 벨트에 있어서,
좌측 벨트(110);
상기 좌측 벨트(110)의 우측에 배치되는 우측 벨트(120);
상기 좌측 벨트(110)의 우측단과 상기 우측 벨트(120)의 좌측단을 잇는 길이방향 용접부(130);
상기 좌측 벨트(110)의 길이방향에 형성되는 양측단을 잇는 좌측 벨트 용접부(111);
상기 우측 벨트(120)의 길이방향에 형성되는 양측단을 잇는 우측 벨트 용접부(121);
를 포함하되,
상기 길이방향 용접부(130)의 두께 tw는, 상기 좌측 벨트(110) 및 우측 벨트(120)의 두께를 tb라 할 때, 9.95tb≤ tw≤ 1.05tb이고,
상기 길이방향 용접부(130)에 형성되는 핀홀(pin hole)인 중앙부 핀홀(pin hole)은 사이즈(size)가 20 ~ 50 ㎛ 이고, 깊이가 50 ㎛ 이내인 것을 특징으로 하는 광폭 필름 제조용 캐스팅 벨트.
제1항에 있어서,
상기 좌측 벨트 용접부(111)의 두께 tl은 9.95tb≤ tl≤ 1.05tb이고,
상기 좌측 벨트 용접부(111)에 형성되는 핀홀(pin hole)인 좌측부 핀홀(pin hole)은 사이즈(size)가 20 ~ 50 ㎛ 이고, 깊이가 50 ㎛ 이내이며,
상기 우측 벨트 용접부(121)의 두께 tr은 9.95tb≤ tr≤ 1.05tb이고,
상기 우측 벨트 용접부(121)에 형성되는 핀홀(pin hole)인 우측부 핀홀(pin hole)은 사이즈(size)가 20 ~ 50 ㎛ 이고, 깊이가 50 ㎛ 이내인 것을 특징으로 하는 광폭 필름 제조용 캐스팅 벨트.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 길이방향 용접부(130)의 폭 Ww,상기 좌측 벨트 용접부(111)의 폭 Wl,및 상기 우측 벨트 용접부(121)의 폭 Wr은 각각 2 mm 이내인 것을 특징으로 하는 광폭 필름 제조용 캐스팅 벨트.
제3항에 있어서,
상기 좌측 벨트 용접부(111)와 상기 우측 벨트 용접부(121)는 동일한 직선상에 위치하는 것을 특징으로 하는 광폭 필름 제조용 캐스팅 벨트.
제4항에 있어서,
상기 좌측 벨트 용접부(111)와 상기 우측 벨트 용접부(121)는 상기 광폭 필름 제조용 캐스팅 벨트(100)의 횡단면과 10°의 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 광폭 필름 제조용 캐스팅 벨트.
제3항에 있어서,
상기 좌측 벨트(110)의 폭 및 상기 우측 벨트(120)의 폭은 각각 2000 mm인 것을 특징으로 하는 광폭 필름 제조용 캐스팅 벨트.