KR20120134997A - 수지 조성물 및 이를 이용하여 형성된 광학 필름 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수지 조성물 및 이를 이용하여 형성된 광학 필름에 관한 것으로, 보다 상게하게는 알킬(메트)아크릴레이트계 단위, 벤젠 고리를 함유한 아크릴계 단위 및 (메트)아크릴산 단위를 포함하는 매트릭스 공중합체 수지 95 내지 85 중량부; 및 분자량이 15만 내지 100만인 고분자 수지 5 내지 15 중량부를 포함하는 수지 조성물 및 이를 이용하여 형성된 광학 필름에 관한 것이다.
본 발명에 따른 수지 조성물은 광학적 특성이 뛰어난 동시에 내열성 및 인성이 우수한 편광판용 보호필름을 제공할 수 있으며, 따라서 본 발명의 수지 조성물을 이용하여 형성된 광학필름은 다양한 용도로 디스플레이 장치 등 정보전자 장치에 사용될 수 있다.

Description

수지 조성물 및 이를 이용하여 형성된 광학 필름{RESIN COMPOSITIONS AND OPTICAL FILMS FORMED BY USING THE SAME}
본 발명은 수지 조성물 및 이를 이용하여 형성된 광학 필름에 관한 것으로, 보다 상세하게는 알킬(메트)아크릴레이트계 단위, 벤젠 고리를 함유한 아크릴계 단위 및 (메트)아크릴산 단위를 포함하는 매트릭스 공중합체 수지 95 내지 85 중량부; 및 중량평균분자량이 15만 내지 100만인 고분자 수지 5 내지 15 중량부를 포함하는 수지 조성물 및 이를 이용하여 형성된 광학 필름에 관한 것이다.
액정 디스플레이는 음극선관 디스플레이에 비해 소비 전력이 낮고, 부피가 작고 가벼워 휴대가 용이하기 때문에 광학 디스플레이 소자로서 보급이 확산되고 있다. 일반적으로 액정 디스플레이는 액정 셀의 양측에 편광판을 설치한 기본 구성을 가지며, 구동회로의 전계 인가여부에 따라 액정 셀의 배향이 변하게 되고, 그에 따라 편광판을 통해 나온 투과광의 특성이 달라지게 됨으로써 빛의 가시화가 이루어진다.
일반적으로 편광판은 여러 개의 성분으로 구성되어 있는데, 먼저 편광자의 양면에 보호막이 되는 편광자 보호필름이 접착제를 통해 부착되어 있다. 편광자는 폴리비닐알코올(PVA) 등의 친수성 고분자에 요오드 또는 2색성 염료를 흡착시키고, 연신 배향 시킨 것이 사용된다. 편광자의 내구성 및 기계적 물성을 증대시키기 위해 편광자 보호필름이 사용되며, 이때 보호필름은 편광자의 편광특성과 같은 광학특성을 유지시키는 것이 중요하다. 따라서 상기 편광자 보호필름은 광학적으로 투명성 및 등방성이 요구되며, 내열성 및 점착제/접착제와의 접착성이 중요한 인자로 작용한다.
상기 편광자 보호필름으로는 트리아세틸 셀룰로오스와 같은 셀룰로오스계 필름, 폴리에스테르계 필름, 폴리아크릴레이트계 필름, 폴리카보네이트계 필름, 환상올레핀계 필름, 노르보르넨계 필름 등이 적용될 수 있으며, 특히 트리아세틸 셀룰로오스계 필름이 가장 광범위하게 사용되고 있다.
하지만 트리아세틸 셀룰로오스계 필름은 면 내 위상차 값은 작지만 두께 방향의 위상차 값이 비교적 커서, 외부 응력의 작용에 따른 위상차 값이 발현되는 문제가 있다. 특히, 트리아세틸 셀룰로오스계 필름은 분자사슬 구조 내에 친수성 작용기가 많아 투습율이 크게 되고, 이로 인해 내열/내습 조건에서 보호필름의 변형이 발생하거나 편광자에서 요오드 이온의 해리가 발생하여 편광자의 편광 성능이 저하되는 문제점이 있다. 특히 액정 디스플레이 장치의 고온고습 시험 시, 트리아세틸 셀룰로오스 필름의 변형 발생은 필름 내에 불균일한 광학적 이방성을 발현시키며, 그 결과 빛샘 현상과 같은 문제가 발생한다.
한편, 투명성과 광학 등방성이 우수한 재료로서, 폴리메틸 (메타)아크릴레이트 등의 아크릴계 수지가 또한 알려져 있으나, 아크릴계 수지는 외부 충격에 약하여 부서지기 쉽고 낮은 내열성으로 인해 고온고습 조건에서 편광판의 편광 성능이 저하될 우려가 있다.
이에 본 발명의 한 측면은 내열도가 높고 온도 변화에 대한 치수 변형이 작으며 인성이 향상된 광학 필름의 제조에 이용할 수 있는 수지 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 측면은 상기와 같은 수지 조성물을 이용하여 제조된 광학 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 견지에 의하면, 알킬(메트)아크릴레이트계 단위, 벤젠 고리를 함유한 아크릴계 단위 및 (메트)아크릴산 단위를 포함하는 매트릭스 공중합체 수지 95 내지 85 중량부; 및 중량평균분자량이 15만 내지 100만인 고분자 수지 5 내지 15 중량부를 포함하는 수지 조성물이 제공된다.
상기 매트릭스 공중합체 수지는 알킬(메트)아크릴레이트계 단위 70 내지 95 중량부, 벤젠 고리를 함유한 아크릴계 단위 2 내지 10 중량부 및 (메트)아크릴산 단위 3 내지 20 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 알킬 (메트)아크릴레이트계 단량체는 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 메틸에타크릴레이트 및 에틸에타크릴레이트로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
상기 벤젠 고리를 함유한 아크릴계 단위는 벤질 메타크릴레이트, 1-페닐에틸 메타크릴레이트, 2-페녹시에틸 메타크릴레이트, 2-페닐에틸 메타크릴레이트, 3-페닐프로필 메타크릴레이트, 3-페닐프로필 아크릴레이트 및 2-페녹시에틸 아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다.
상기 (메트)아크릴산 단위는 아크릴산, 메타크릴산, 메틸아크릴산, 메틸메타크릴산, 에틸아크릴산, 에틸메타크릴산, 부틸아크릴산 및 부틸메타크릴산으로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다.
상기 고분자 수지는 메틸메타크릴레이트, 스티렌, 말레무수물산 및 아크릴로니트릴로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 고분자 수지는 폴리메틸메타크릴레이트, 스티렌-메틸메타크릴레이트 공중합체 수지, 스티렌-말레무수물산 공중합체 수지, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체 수지, 및 스티렌-아크릴로니트릴-메틸메타크릴레이트 공중합체 수지로부터 선택되는 적어도 하나인 것이 바람직하다.
상기 수지 조성물은 상기 매트릭스 공중합체 수지와 상기 고분자 수지의 컴파운딩 수지인 것이 바람직하다.
상기 수지 조성물의 유리 전이 온도는 120℃ 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 견지에 의하면, 상기의 수지 조성물을 포함하는 광학 필름이 제공된다.
상기 광학 필름의 열팽창계수는 40 내지 80ppm/℃인 것이 바람직하다.
상기 광학 필름은 하기 수학식 1로 표시되는 면 방향 위상차 값이 0 ~ 5nm, 그리고 하기 수학식 2로 표시되는 두께 방향 위상차 값이 -5 ~ 5 nm인 것이 바람직하다:
[수학식 1] Rin = (nx - ny) × d
[수학식 2] Rth = (nz - ny) × d
상기 수학식 1 및 수학식 2에서, nx는 필름의 면 방향에 있어서, 가장 굴절율이 큰 방향의 굴절율이고, ny는 필름의 면 방향에 있어서, nx 방향의 수직 방향의 굴절율이며, nz는 두께 방향의 굴절율이고, d는 필름의 두께이다.
상기 광학필름은 지름이 10mm인 쇠구슬의 낙하 높이 300mm 이상에서도 파단이 생기지 않는 것이 바람직하다.
상기 광학 필름의 열팽창계수는 40 내지 80ppm/℃이고, 지름이 10mm인 쇠구슬의 낙하 높이 300mm 이상에서도 파단이 생기지 않으며, 하기 수학식 1로 표시되는 면 방향 위상차 값이 0 ~ 5nm, 그리고 하기 수학식 2로 표시되는 두께 방향 위상차 값이 -5 ~ 5 nm인 것이 바람직하다:
[수학식 1] Rin = (nx - ny) × d
[수학식 2] Rth = (nz - ny) × d
상기 수학식 1 및 수학식 2에서, nx는 필름의 면 방향에 있어서, 가장 굴절율이 큰 방향의 굴절율이고, ny는 필름의 면 방향에 있어서, nx 방향의 수직 방향의 굴절율이며, nz는 두께 방향의 굴절율이고, d는 필름의 두께이다.
상기 광학필름은 편광판용 보호필름인 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 견지에 의하면, 편광자 및 상기 편광자의 적어도 일면에 보호 필름으로서 구비된 상기 광학 필름을 포함하는 편광판이 제공된다.
본 발명의 또 다른 견지에 의하면, 상기 편광판을 포함하는 액정 표시 장치가 제공된다.
본 발명에 따른 수지 조성물은 광학적 특성이 뛰어난 동시에 내열성 및 인성이 우수한 편광판용 보호필름을 제공할 수 있으며, 따라서 본 발명의 수지 조성물을 이용하여 형성된 광학필름은 다양한 용도로 디스플레이 장치 등 정보전자 장치에 사용될 수 있다.
이하 본 발명은 더욱 구체적으로 설명한다.
본 발명에 의하면, 알킬(메트)아크릴레이트계 단위, 벤젠 고리를 함유한 아크릴계 단위 및 (메트)아크릴산 단위를 포함하는 매트릭스 공중합체 수지 95 내지 85 중량부; 및 중량평균분자량이 15만 내지 100만인 고분자 수지 5 내지 15 중량부를 포함하는 수지 조성물이 제공된다.
본 발명의 상기 매트릭스 공중합체 수지는 알킬(메트)아크릴레이트계 단위를 기본으로 하여 벤젠 고리를 함유한 아크릴계 단위와 함께 (메트)아크릴산 단위를 포함하며, 그 결과 내열도를 향상시키고 수지의 변형을 최소화할 수 있다.
상기 매트릭스 공중합체 수지는 알킬(메트)아크릴레이트계 단위를 70 내지 95 중량부, 벤젠 고리를 함유한 아크릴계 단위를 2 내지 10 중량부 및 (메트)아크릴산 단위를 3 내지 20 중량부의 비율로 포함하는 것이 바람직하다.
벤젠 고리를 함유한 아크릴계 단위가 2 중량부 미만인 경우 위상차가 변할 수 있으며 10 중량부를 초과하는 경우 내열성이 저하되고 위상차 변화를 유발할 수가 있고, (메트)아크릴산 단위가 3 중량부 미만인 경우 내열성이 저하되며 20 중량부를 초과하는 경우 중합 및 가공이 어려울 수 있다. 즉, 벤젠 고리를 함유한 아크릴계 단량체가 상기 범위일 경우, 보호필름으로 적용하기에 적절한 광학 특성을 가질 수 있고, 알킬(메트)아크릴레이트화 (메트)아크릴산 단량체 간의 상용성이 충분하며, 동시에 충분한 내열도를 가질 수 있다. 또한, (메트)아크릴산 단량체가 상기 범위일 경우, 내열도가 충분하면서도 수지에 겔이 생성되는 문제가 없다.
보다 바람직하게 상기 매트릭스 공중합체 수지는 알킬(메트)아크릴레이트계 단위 79 내지 93 중량부, 벤젠 고리를 함유한 아크릴계 단위 2 내지 6 중량부 및 (메트)아크릴산 단위 5 내지 15 중량부를 포함한다.
상기 매트릭스 공중합체 수지는 블록 공중합체 또는 랜덤 공중합체일 수 있으나, 공중합 형태가 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 '알킬(메트)아크릴레이트계 단위'는 '알킬아크릴레이트계 단위' 및 '알킬메타크릴레이트계 단위'를 모두 포함할 수 있는 것을 의미한다. 상기 알킬(메트)아크릴레이트계 단위의 알킬 부(moiety)는 탄소수가 1 내지 10인 것이 바람직하고, 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 메틸에타크릴레이트, 및 에틸에타크릴레이트로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있으며, 상기 알킬은 메틸기 또는 에틸기인 것이 더욱 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 알킬(메트)아크릴레이트계 단위는 메틸메타크릴레이트인 것이 가장 바람직하다.
상기 매트릭스 공중합체 수지에서, 벤젠 고리를 함유한 아크릴계 단위는, 본 발명에 따른 수지 조성물이 편광자 보호필름으로 적용되기에 적절한 면내 또는 두께 방향 위상차와 광탄성 계수를 갖도록 하는 역할 및 알킬(메트)아크릴레이트와 (메트)아크릴산 단위 간의 상용성을 부여하는 역할을 한다. 상기 벤젠 고리를 함유한 아크릴계 단량체는 탄소수 6~40의 아릴기, 탄소수 6~40의 아릴알킬기, 탄소수 6~40의 아릴옥시기 또는 탄소수 6~40의 아릴옥시알킬기로 치환될 수 있으며, 탄소수 6~15의 아릴알킬기, 탄소수 6~10의 아릴옥시기로 또는 탄소수 6~15의 아릴옥시알킬기로 치환된 (메트)아크릴레이트인 것이 투명도 측면에서 더욱 바람직하다.
상기 벤젠 고리를 함유한 아크릴계 단위의 바람직한 예는 벤질 메타크릴레이트, 1-페닐에틸 메타크릴레이트, 2-페녹시에틸 메타크릴레이트, 2-페닐에틸 메타크릴레이트, 3-페닐프로필 메타크릴레이트, 3-페닐프로필 아크릴레이트 및 2-페녹시에틸 아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되며, 이 중에서 벤질 메타크릴레이트가 가장 바람직하다.
상기 매트릭스 공중합체 수지에 있어서, 상기 (메트)아크릴산 단량체는 본 발명에 따른 아크릴계 공중합체 수지가 충분한 내열도를 갖게 하는 역할을 한다. 상기 (메트)아크릴산 단량체는 탄소수 1 내지 5의 알킬기로 치환 또는 비치환될 수 있다. 상기 (메트)아크릴산 단량체의 예로는 아크릴산, 메타크릴산, 메틸아크릴산, 메틸메타크릴산, 에틸아크릴산, 에틸메타크릴산, 부틸아크릴산, 부틸메타크릴산 등을 들 수 있으며, 이중에서 메타크릴산을 사용하는 것이 가장 바람직하다.
한편, 상기 매트릭스 공중합체 수지의 중량평균 분자량은 내열성, 가공성 및 생산성 측면에서 10만~50만 범위인 것이 바람직하고, 5만~20만 범위인 것이 더욱 바람직하다.
나아가, 본 발명의 수지 조성물은 상기 매트릭스 공중합체 수지에 중량평균분자량이 15만 내지 100만인 고분자 수지를 더욱 포함하며, 이들의 중량비는 매트릭스 공중합체 수지 95 내지 85 중량부: 고분자 수지 5 내지 15 중량부인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서 상기 고분자 수지의 중량평균 분자량이 15만 미만인 경우 수지 전체의 인성(toughness)이 저하되는 문제가 있으며, 중량평균 분자량이 100만을 초과하는 경우 매트리스 수지와의 혼련 및 분산에 문제가 있다. 한편, 상기 고분자 수지가 5 중량부 미만인 경우 수지 전체의 인성의 강화가 충분하지 않은 문제가 있으며, 15 중량부를 초과하는 경우 위상차의 변화와 투명도가 저하되는 문제가 있다.
상기 고분자 수지는 매트리스 공중합체 수지와 한정된 범위 내에서 상용성이 있으며 투명도를 유지할 수 있는 것으로, 메틸메타크릴레이트, 스티렌, 말레무수물산 및 아크릴로니트릴로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 메틸메타크릴레이트를 포함하는 공중합체 또는 무수물을 포함하는 스티렌계 공중합체 등이 바람직하고, 보다 상세하게는 폴리메틸메타크릴레이트, 스티렌-메틸메타크릴레이트 공중합체 수지, 스티렌-말레무수물산 공중합체 수지, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체 수지, 및 스티렌-아크릴로니트릴-메틸메타크릴레이트 공중합체 수지로부터 선택되는 적어도 하나인 것이 바람직하다.
상기 매트릭스 공중합체 수지에 상술한 바와 같은 상용성 고분자 수지가 첨가되는 경우 결과적으로 획득되는 수지 조성물에 의해 제조된 광학필름의 유리전이 온도가 상승되며, 따라서 높은 내열성과 낮은 수지변형 지수를 작는 광학필름을 제조할 수 있다. 또한, 이러한 광학 필름이 편광판 제조 공정에 사용되는 경우 우수한 작업성을 만족시킬 수 있다.
상기 수지 조성물은 상기 매트릭스 공중합체 수지와 상기 고분자 수지의 컴파운딩 수지인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 수지 조성물의 유리 전이 온도는 120℃ 이상인 것이 바람직하고, 130℃ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 상기 수지 조성물의 유리 전이 온도가 120℃ 미만인 경우, 내열성이 부족하여 고온 고습 조건에서 필름의 변형이 일어나기 쉽고 그로 인해 필름의 보상 특성이 불균일해지는 문제가 있다.
본 발명에 따른 광학 필름의 제조 시에는 당해 기술분야에 알려진 어떠한 방법을 이용할 수 있고, 구체적으로는 용액 캐스트법 또는 압출법 등을 이용할 수 있으며, 경우에 따라 개량제를 첨가하여 진행할 수 있다.
본 발명에 따른 광학 필름의 제조방법은 상기 필름을 일축 또는 이축 연신하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 연신 공정은 종 방향(MD) 연신, 횡 방향(TD) 연신을 각각 행할 수도 있고 모두 행할 수도 있다. 종 방향과 횡 방향 모두 연신하는 경우에는 어느 한 쪽을 먼저 연신한 후, 다른 방향으로 연신할 수 있고, 두 방향을 동시에 연신할 수도 있다. 연신은 한 단계로 연신할 수도 있으며 다단계에 걸쳐 연신할 수도 있다.
상기 연신은, 상기 공중합체 수지의 유리 전이 온도를 Tg라고 할 때, (Tg - 20 ℃) ~ (Tg + 30 ℃)의 온도에서 수행할 수 있다. 상기 유리 전이 온도는 공중합체 수지의 저장 탄성율이 저하되기 시작하고, 이에 따라 손실 탄성율이 저장 탄성율보다 커지게 되는 온도로부터, 고분자 사슬의 배향이 완화되어 소실되는 온도까지의 영역을 가리키는 것이다. 유리 전이 온도는 시차주사형 열량계(DSC)에 의해 측정될 수 있다. 상기 연신 공정시의 온도는 필름의 유리 전이 온도인 것이 더욱 바람직하다.
연신속도는 소형 연신기(Universal testing machine, Zwick Z010)의 경우는 1 내지 100 mm/min의 범위에서, 그리고 파일로트 연신 장비의 경우는 0.1 내지 2 m/min의 범위에서 연신 조작을 행하는 것이 바람직하며, 5 내지 300%의 연신율을 적용하여 필름을 연신하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 광학 필름은 전술한 방법에 의하여 일축 또는 이축으로 연신됨으로써, 위상차 특성을 조절할 수 있다.
상기 본 발명의 수지 조성물을 이용하여 형성된 광학필름은 두께가 40~80㎛인 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 광학 필름의 광투과도는 90% 이상이고, 헤이즈(haze) 특성은 2.5%이하, 바람직하게는 1% 이하의 범위를 가질 수 있다. 상기 광학필름의 투과도가 90% 미만이고, 헤이즈가 2.5%를 초과하는 경우, 이러한 광학필름이 사용되는 액정표시장치의 휘도가 감소할 수 있다.
상기 연신이 수행된 광학 필름은 하기 수학식 1로 표시되는 면 방향 위상차 값이 0 ~ 5nm, 그리고 하기 수학식 2로 표시되는 두께 방향 위상차 값이 -5 ~ 5 nm인 것이 바람직하다.
[수학식 1] Rin = (nx - ny) × d
[수학식 2] Rth = (nz - ny) × d
상기 수학식 1 및 수학식 2에서, nx는 필름의 면 방향에 있어서 가장 굴절율이 큰 방향의 굴절율이고, ny는 필름의 면 방향에 있어서, nx 방향의 수직 방향의 굴절율이며, nz는 두께 방향의 굴절율이고, d는 필름의 두께이다.
본 발명에 따른 상기 광학필름의 열팽창계수는 40 내지 80 ppm/℃인 것이 바람직하며, 상기 열팽창 계수는 낮을수록 바람직한 것으로 하한이 40 ppm/℃으로 한정되는 것은 아니다. 한편, 열팽창계수가 80 ppm/℃를 초과하는 경우에는 편광판 합지 시 휨 문제가 발생한다. 열팽창계수는 일반적으로 TMA라는 기기를 사용하여 필름에 일정한 힘을 준 후 온도를 올리면서 팽창하는 정도를 측정할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 상기 광학 필름은 10mm인 쇠구슬의 낙하 높이 300mm 이상에서도 파단이 생기지 않는 것이 바람직하며, 본 발명에 있어서 이를 '낙구 충격 높이'로 지칭하고, 이 때 사용한 필름의 두께는 60 ㎛에 가로 세로가 각각 100mm × 100mm인 정사각형 필름을 기준으로 상기 필름을 팽팽하게 고정시켜 구슬을 낙하시키면서 찢어지는 시작 높이를 측정한 것이다.
나아가, 본 발명에 따른 광학필름은 40 내지 80ppm/℃의 열팽창계수를 가지고, 지름이 10mm인 쇠구슬의 낙하 높이 300mm 이상에서도 파단이 생기지 않으며, 상기 수학식 1로 표시되는 면 방향 위상차 값이 0 ~ 5nm, 그리고 상기 수학식 2로 표시되는 두께 방향 위상차 값이 -5 ~ 5 nm인 것을 모두 만족하는 것이 가장 바람직하다.
본 발명에 따른 광학 필름은 바람직하게는 편광판용 보호필름의 용도로 제조될 수 있다.
본 발명에 의하면, 편광자 및 상기 편광자의 적어도 일면에 보호 필름으로서 구비된 상기 본 발명의 광학 필름을 포함하는 편광판 및 이를 포함하는 액정 표시 장치가 제공된다.
예컨대, 본원 발명은 광원, 제1 편광판, 액정 셀, 제2 편광판을 순차적으로 적층된 상태로 포함하고, 상기 제1 편광판 및 제2 편광판 중 적어도 하나의 보호 필름으로서 본 발명에 따른 광학 필름을 포함하는 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.
상기 액정 셀은 액정층, 이를 지지할 수 있는 기판 및 상기 액정에 전압을 인가하기 위한 전극층을 포함한다. 이때, 본 발명에 따른 편광판은 횡전계방식(In-Plane Switching mode; IPS mode), 수직배향방식(Vertically Aligned mode; VA mode), OCB 방식(Optically Compensated Birefringence mode), 비틀린 네마틱(Twisted Nematic mode; TN mode), FFS(Fringe Field Switching mode; FFS mode) 방식 등의 모든 액정 모드에 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 광학 필름은 편광자의 양 면에 구비될 수 있다. 또한, 상기 광학 필름은 상기 편광자의 어느 한 면에 구비되고, 다른 한 면에는 당 기술분야에 알려진 편광자 보호필름, 예컨대 TAC 필름, PET 필름, COP 필름, PC 필름, 폴리노보넨계 필름 등이 구비될 수도 있다.
상기 편광자와 광학 필름의 접착은 접착제층을 이용하여 수행할 수 있다. 상기 광학 필름과 편광판의 합지시 사용 가능한 접착제로는 당 기술분야에 알려져 있는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 일액형 또는 이액형의 폴리비닐알코올(PVA)계 접착제, 폴리우레탄계 접착제, 에폭시계 접착제, 스티렌 부타디엔 고무계(SBR계) 접착제, 또는 핫멜트형 접착제 등이 있으나, 이들 예에만 한정되지 않는다. 상기 접착제 중 폴리비닐알코올계 접착제가 보다 바람직하다.
상기 편광자와 광학 필름의 접착은 편광자용 보호 필름 또는 편광자인 PVA 필름의 표면 상에 롤 코터, 그라비어 코터, 바 코터, 나이프 코터, 또는 캐필러리 코터 등을 사용하여 접착제를 먼저 코팅하고, 접착제가 완전히 건조되기 전에 보호 필름과 편광막을 합지 롤로 가열 압착하거나 상온 압착하여 합지하는 방법에 의하여 수행될 수 있다. 핫멜트형 접착제를 이용하는 경우에는 가열 압착롤을 사용하여야 한다.
폴리우레탄계 접착제를 사용하는 경우 광에 의해 황변되지 않는 지방족 이소시아네이트계 화합물을 이용하여 제조된 폴리우레탄계 접착제를 이용하는 것이 바람직하다. 일액형 또는 이액형의 드라이 라미네이트용 접착제 또는 이소시아네이트와 하이드록시기와의 반응성이 비교적 낮은 접착제를 사용하는 경우에는 아세테이트계 용제, 케톤계 용제, 에테르계 용제, 또는 방향족계 용제 등으로 희석된 용액형 접착제를 사용할 수도 있다. 이때 접착제 점도는 5,000 cps 이하의 저점도형인 것이 바람직하다. 상기 접착제들은 저장안정성이 우수하면서도 400 ~ 800 nm에서의 광투과도가 90% 이상인 것이 바람직하다. 충분한 점착력을 발휘할 수 있으면 점착제도 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
실시예
1. 아크릴계 공중합체 수지를 이용한 광학필름의 제조
< 실시예 1>
메틸메타크릴레이트 85 중량부, 벤질 메타아크릴레이트 5 중량부, 메타아크릴산 10 중량부로 매트리스 공중합체 수지를 제조하고 유리전이 온도 및 중량평균 분자량을 측정하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다. 상기 매트리스 공중합체 수지 90 중량부 당 10 중량부의 중량평균 분자량 15만의 메틸메타크릴레이트 고분자 수지를 용융법을 통해 최종 수지를 제조하고, 이렇게 제조된 최종 수지 조성물을 용융 압출법을 이용하여 광학 필름을 제조한 후 유리전이 온도에서 연신을 실시하였다. 이렇게 제조된 광학 필름의 면방향 위상차 값/두께 방향 위상차 값, 필름의 선형 열팽창계수 및 낙구 충격 높이를 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
< 실시예 2>
상기 매트리스 공중합체 수지 90 중량부 당 10 중량부의 중량평균 분자량 20만의 스티렌-말레무수물산 고분자 수지를 용융법을 통해 최종 수지를 제조한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 공정으로 광학 필름을 제조하였다. 이렇게 제조된 광학 필름의 면방향 위상차 값/두께 방향 위상차 값, 필름의 선형 열팽창계수 및 낙구 충격 높이를 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
< 실시예 3>
상기 매트리스 공중합체 수지 90 중량부 당 10 중량부의 중량평균 분자량 18만의 스티렌-메틸메타크릴레이트 고분자 수지를 용융법을 통해 최종 수지를 제조한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 공정으로 광학 필름을 제조하였다. 이렇게 제조된 광학 필름의 면방향 위상차 값/두께 방향 위상차 값, 필름의 선형 열팽창계수 및 낙구 충격 높이를 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
< 실시예 4>
상기 매트리스 공중합체 수지 90 중량부 당 10 중량부의 중량평균 분자량 100만의 스티렌-아크릴로니트릴 고분자 수지를 용융법을 통해 최종 수지를 제조한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 공정으로 광학 필름을 제조하였다. 이렇게 제조된 광학 필름의 면방향 위상차 값/두께 방향 위상차 값, 필름의 선형 열팽창계수 및 낙구 충격 높이를 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
< 실시예 5>
상기 매트리스 공중합체 수지 90 중량부 당 10 중량부의 중량평균 분자량 24만의 스티렌-메틸메타크릴레이트-아크릴로니트릴 고분자 수지를 용융법을 통해 최종 수지를 제조한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 공정으로 광학 필름을 제조하였다. 이렇게 제조된 광학 필름의 면방향 위상차 값/두께 방향 위상차 값, 필름의 선형 열팽창계수 및 낙구 충격 높이를 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
< 실시예 6>
상기 매트리스 공중합체 수지 95 중량부 당 5 중량부의 중량평균 분자량 18만의 스티렌-메틸메타크릴레이트 고분자 수지를 용융법을 통해 최종 수지를 제조한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 공정으로 광학 필름을 제조하였다. 이렇게 제조된 광학 필름의 면방향 위상차 값/두께 방향 위상차 값, 필름의 선형 열팽창계수 및 낙구 충격 높이를 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
< 실시예 7>
상기 매트리스 공중합체 수지 85 중량부 당 15 중량부의 중량평균 분자량 18만의 스티렌-메틸메타크릴레이트 고분자 수지를 용융법을 통해 최종 수지를 제조한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 공정으로 광학 필름을 제조하였다. 이렇게 제조된 광학 필름의 면방향 위상차 값/두께 방향 위상차 값, 필름의 선형 열팽창계수 및 낙구 충격 높이를 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
< 실시예 8>
메틸메타크릴레이트 82 중량부, 벤질 메타아크릴레이트 3 중량부, 메타아크릴산 15 중량부로 매트리스 공중합체 수지를 제조하고, 상기 매트리스 공중합체 수지 90 중량부 당 10 중량부의 중량평균 분자량 15만의 메틸메타크릴레이트 고분자 수지를 용융법을 통해 최종 수지를 제조한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 공정으로 광학 필름을 제조하였다. 이렇게 제조된 광학 필름의 면방향 위상차 값/두께 방향 위상차 값, 필름의 선형 열팽창계수 및 낙구 충격 높이를 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
< 실시예 9>
메틸메타크릴레이트 82 중량부, 벤질 메타아크릴레이트 3 중량부, 메타아크릴산 15 중량부로 매트리스 공중합체 수지를 제조하고, 상기 매트리스 공중합체 수지 90 중량부 당 10 중량부의 중량평균 분자량 100만의 스티렌-아크릴로니트릴 고분자 수지를 용융법을 통해 최종 수지를 제조한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 공정으로 광학 필름을 제조하였다. 이렇게 제조된 광학 필름의 면방향 위상차 값/두께 방향 위상차 값, 필름의 선형 열팽창계수 및 낙구 충격 높이를 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
< 실시예 10>
메틸메타크릴레이트 82 중량부, 벤질 메타아크릴레이트 3 중량부, 메타아크릴산 15 중량부로 매트리스 공중합체 수지를 제조하고, 상기 매트리스 공중합체 수지 85 중량부 당 15 중량부의 중량평균 분자량 100만의 스티렌- 아크릴로니트릴 고분자 수지를 용융법을 통해 최종 수지를 제조한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 공정으로 광학 필름을 제조하였다. 이렇게 제조된 광학 필름의 면방향 위상차 값/두께 방향 위상차 값, 필름의 선형 열팽창계수 및 낙구 충격 높이를 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
< 비교예 1>
상기 매트리스 공중합체 수지 100중량부를 용융법을 통해 최종 수지를 제조한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 공정으로 광학 필름을 제조하였다. 이렇게 제조된 광학 필름의 면방향 위상차 값/두께 방향 위상차 값, 필름의 선형 열팽창계수 및 낙구 충격 높이를 측정하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.
< 비교예 2>
상기 매트리스 공중합체 수지 80 중량부 당 20 중량부의 중량평균 분자량 15만의 메틸메타크릴레이트 고분자 수지를 용융법을 통해 최종 수지를 제조한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 공정으로 광학 필름을 제조하였다. 이렇게 제조된 광학 필름의 면방향 위상차 값/두께 방향 위상차 값, 필름의 선형 열팽창계수 및 낙구 충격 높이를 측정하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.
< 비교예 3>
상기 매트리스 공중합체 수지 80 중량부 당 20 중량부의 중량평균 분자량 20만의 스티렌-말레무수물산 고분자 수지를 용융법을 통해 최종 수지를 제조한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 공정으로 광학 필름을 제조하였다. 이렇게 제조된 광학 필름의 면방향 위상차 값/두께 방향 위상차 값, 필름의 선형 열팽창계수 및 낙구 충격 높이를 측정하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.
< 비교예 4>
상기 매트리스 공중합체 수지 80 중량부 당 20 중량부의 중량평균 분자량 18만의 스티렌-메틸메타크릴레이트 고분자 수지를 용융법을 통해 최종 수지를 제조한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 공정으로 광학 필름을 제조하였다. 이렇게 제조된 광학 필름의 면방향 위상차 값/두께 방향 위상차 값, 필름의 선형 열팽창계수 및 낙구 충격 높이를 측정하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.
< 비교예 5>
상기 매트리스 공중합체 수지 80 중량부 당 20 중량부의 중량평균 분자량 100만의 스티렌-아크릴로니트릴 고분자 수지를 용융법을 통해 최종 수지를 제조한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 공정으로 광학 필름을 제조하였다. 이렇게 제조된 광학 필름의 면방향 위상차 값/두께 방향 위상차 값, 필름의 선형 열팽창계수 및 낙구 충격 높이를 측정하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.
< 비교예 6>
상기 매트리스 공중합체 수지 80 중량부 당 20 중량부의 중량평균 분자량 24만의 스티렌-메틸메타크릴레이트-아크릴로니트릴 고분자 수지를 용융법을 통해 최종 수지를 제조한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 공정으로 광학 필름을 제조하였다. 이렇게 제조된 광학 필름의 면방향 위상차 값/두께 방향 위상차 값, 필름의 선형 열팽창계수 및 낙구 충격 높이를 측정하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.
< 비교예 7>
상기 매트리스 공중합체 수지 70 중량부 당 30 중량부의 중량평균 분자량 18만의 스티렌-메틸메타크릴레이트 고분자 수지를 용융법을 통해 최종 수지를 제조한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 공정으로 광학 필름을 제조하였다. 이렇게 제조된 광학 필름의 면방향 위상차 값/두께 방향 위상차 값, 필름의 선형 열팽창계수 및 낙구 충격 높이를 측정하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.
< 비교예 8>
메틸메타크릴레이트 82 중량부, 벤질 메타아크릴레이트 3 중량부, 메타아크릴산 15 중량부로 매트리스 공중합체 수지를 제조하고, 상기 매트리스 공중합체 수지 70 중량부 당 30 중량부의 중량평균 분자량 18만의 메틸메타크릴레이트 고분자 수지를 용융법을 통해 최종 수지를 제조한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 공정으로 광학 필름을 제조하였다. 이렇게 제조된 광학 필름의 면방향 위상차 값/두께 방향 위상차 값, 필름의 선형 열팽창계수 및 낙구 충격 높이를 측정하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.
< 비교예 9>
메틸메타크릴레이트 82 중량부, 벤질 메타아크릴레이트 3 중량부, 메타아크릴산 15 중량부로 매트리스 공중합체 수지를 제조하고, 상기 매트리스 공중합체 수지 96 중량부 당 4 중량부의 중량평균 분자량 18만의 메틸메타크릴레이트 고분자 수지를 용융법을 통해 최종 수지를 제조한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 공정으로 광학 필름을 제조하였다. 이렇게 제조된 광학 필름의 면방향 위상차 값/두께 방향 위상차 값, 필름의 선형 열팽창계수 및 낙구 충격 높이를 측정하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.
< 비교예 10>
메틸메타크릴레이트 82 중량부, 벤질 메타아크릴레이트 3 중량부, 메타아크릴산 15 중량부로 매트리스 공중합체 수지를 제조하고, 상기 매트리스 공중합체 수지 96 중량부 당 4 중량부의 중량평균 분자량 24만의 스티렌-메틸메타크릴레이트-아크릴로니트릴 고분자 수지를 용융법을 통해 최종 수지를 제조한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 공정으로 광학 필름을 제조하였다. 이렇게 제조된 광학 필름의 면방향 위상차 값/두께 방향 위상차 값, 필름의 선형 열팽창계수 및 낙구 충격 높이를 측정하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.
2. 수지 조성에 따른 물성의 평가
(1) 평가 방법
1) 유리전이온도(Tg, ℃): TA Instrument 사의 DSC(Differential Scanning Calorimeter)를 사용하여 측정하였다.
2) 위상차 값(Rin/Rth): 필름의 유리전이 온도에서 연신 후 Axometrics 사의 AxoScan을 사용하여 측정하였다.
3) 열팽창계수 (ppm/℃): 필름을 이축연신한 후 선형 열팽창계수 측정 장치인 TA instrument 사의 TMA로 측정하였다.
4) 필름의 낙구 충격 높이(mm): 두께는 60 ㎛에 가로 세로가 각각 100mm × 100mm인 정사각형 필름을 팽팽하게 당긴 상태에서 지름 10mm의 쇠구슬을 낙하시켰을 때 파단이 시작되는 높이를 측정하였다.
(2) 평가 결과
실시예 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
매트릭스 수지의 물성
유리전이온도(Tg),℃ 132 132 132 132
 132 132 132 138 138 138
중량평균분자량(Mw) 9만 9만 9만 9만 9만 9만 9만 9만 9만 9만
고분자 수지의 물성
중량평균분자량(Mw) 15만 20만 18만 100 만 24만 18만 18만 15만 100 만 100만
필름의 물성
유리전이온도(Tg),℃ 130 135 130 130 130 131 128 135 136 134
필름위상차(Rin/Rth) 0.1/0.1 3.0/4.0 0.7/1.2 1.3/2.2 1.6/2.7 0.3/0.6 2.8/3.6 0.1/-1.0 0.6/1.2 1.8/3.2
열팽창계수
(ppm/℃)		 64 69 64 67 65 64 72 55 56 59
낙구 충격 높이(mm) 440 400 500 800 620 440 650 410 720 820
비교예 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
매트릭스 수지의 물성
유리전이온도(Tg),℃ 132 132 132 132 132 132 132 138 138 138
중량평균분자량(Mw) 9만 9만 9만 9만 9만 9만 9만 9만 9만 9만
고분자 수지의 물성
중량평균분자량(Mw) - 15만 20만 18만 100만 24만 18만 18만 18만 24만
필름의 물성
유리전이온도(Tg),℃ 132 127 138 127 128 130 123 130 136 134
필름위상차(Rin/Rth) 0.8/
-3.6		 4.1/5.2 7.1/8.0 4.7/6.2 4.3/5.2 3.6/5.7 8.3/10.4 6.1/9.0 1.3/2.2 1.6/2.7
열팽창계수
(ppm/℃)		 62 75 82 80 87 81 88 75 57 56
낙구 충격 높이(mm) 300 640 340 650 1100 820 1440 710 370 380
한편, 중량평균분자량이 13만의 메틸메타크릴레이트 고분자 수지를 이용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 공정으로 광학 필름을 제조한 경우 실시예 1과 비교할 때 다른 물성은 동일하지만 낙구 충격이 거의 유사했으며 중량평균분자량이 8만인 메틸메타크릴레이트 고분자 수지를 이용한 경우에는 낙구 충격 높이가 230mm으로 현저히 저하되었다.
반면, 중량평균분자량이 130만인 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체 수지를 고분자 수지로 사용한 경우에는 분산이 용이하지 않고, 상용성에서 있어서 투명도가 저하되었다.
한편, 본 발명에 개시된 이외의 다른 종류의 고분자 수지는 분자량이 본 발명의 범위에 해당하더라도 헤이즈가 많이 생겨서 상용성에 큰 문제를 보이며, 예를 들어 23만의 폴리스티렌을 고분자 수지로서 혼련한 경우에는 바로 헤이즈가 생겨 불투명해지는 것을 확인할 수 있었다.

Claims (17)

  1. 알킬(메트)아크릴레이트계 단위, 벤젠 고리를 함유한 아크릴계 단위 및 (메트)아크릴산 단위를 포함하는 매트릭스 공중합체 수지 95 내지 85 중량부; 및 분자량이 15만 내지 100만인 고분자 수지 5 내지 15 중량부를 포함하는 수지 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 매트릭스 공중합체 수지는 알킬(메트)아크릴레이트계 단위를 70 내지 95 중량부, 벤젠 고리를 함유한 아크릴계 단위를 2 내지 10 중량부 및 (메트)아크릴산 단위를 3 내지 20 중량부의 비율로 포함하는 수지 조성물.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 알킬 (메트)아크릴레이트계 단량체는 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 메틸에타크릴레이트 및 에틸에타크릴레이트로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 수지 조성물.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 벤젠 고리를 함유한 아크릴계 단위는 벤질 메타크릴레이트, 1-페닐에틸 메타크릴레이트, 2-페녹시에틸 메타크릴레이트, 2-페닐에틸 메타크릴레이트, 3-페닐프로필 메타크릴레이트, 3-페닐프로필 아크릴레이트 및 2-페녹시에틸 아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 수지 조성물.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 (메트)아크릴산 단위는 아크릴산, 메타크릴산, 메틸아크릴산, 메틸메타크릴산, 에틸아크릴산, 에틸메타크릴산, 부틸아크릴산 및 부틸메타크릴산으로 이루어진 군에서 선택되는 수지 조성물.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 고분자 수지는 메틸메타크릴레이트, 스티렌, 말레무수물산 및 아크릴로니트릴로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 수지 조성물.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 고분자 수지는 폴리메틸메타크릴레이트, 스티렌-메틸메타크릴레이트 공중합체 수지, 스티렌-말레무수물산 공중합체 수지, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체 수지, 및 스티렌-아크릴로니트릴-메틸메타크릴레이트 공중합체 수지로부터 선택되는 적어도 하나인 수지 조성물.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 수지 조성물은 상기 매트릭스 공중합체 수지와 상기 고분자 수지의 컴파운딩 수지인 수지 조성물.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 수지 조성물의 유리 전이 온도는 120℃ 이상인 수지 조성물.
  10. 제 1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 수지 조성물을 포함하는 광학 필름.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 광학 필름의 열팽창계수는 40 내지 80ppm/℃인 광학 필름.
  12. 제 10항에 있어서, 상기 광학 필름은 하기 수학식 1로 표시되는 면 방향 위상차 값이 0 ~ 5nm, 그리고 하기 수학식 2로 표시되는 두께 방향 위상차 값이 -5 ~ 5 nm인 광학 필름:
    [수학식 1] Rin = (nx - ny) × d
    [수학식 2] Rth = (nz - ny) × d
    상기 수학식 1 및 수학식 2에서, nx는 필름의 면 방향에 있어서, 가장 굴절율이 큰 방향의 굴절율이고, ny는 필름의 면 방향에 있어서, nx 방향의 수직 방향의 굴절율이며, nz는 두께 방향의 굴절율이고, d는 필름의 두께이다.
  13. 제 10항에 있어서, 상기 광학필름은 지름이 10mm인 쇠구슬의 낙하 높이 300mm 이상에서도 파단이 생기지 않는 광학필름.
  14. 제 10항에 있어서, 상기 광학 필름의 열팽창계수는 40 내지 80ppm/℃이고, 지름이 10mm인 쇠구슬의 낙하 높이 300mm 이상에서도 파단이 생기지 않으며, 하기 수학식 1로 표시되는 면 방향 위상차 값이 0 ~ 5nm, 그리고 하기 수학식 2로 표시되는 두께 방향 위상차 값이 -5 ~ 5 nm인 광학 필름:
    [수학식 1] Rin = (nx - ny) × d
    [수학식 2] Rth = (nz - ny) × d
    상기 수학식 1 및 수학식 2에서, nx는 필름의 면 방향에 있어서, 가장 굴절율이 큰 방향의 굴절율이고, ny는 필름의 면 방향에 있어서, nx 방향의 수직 방향의 굴절율이며, nz는 두께 방향의 굴절율이고, d는 필름의 두께이다.
  15. 제10항에 있어서, 상기 광학필름은 편광판용 보호필름인 광학필름.
  16. 편광자 및 상기 편광자의 적어도 일면에 보호 필름으로서 구비된 청구항 10의 광학 필름을 포함하는 편광판.
  17. 청구항 16의 편광판을 포함하는 액정 표시 장치.
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