KR20140014738A - 필름 형성롤 및 이를 이용한 광학필름 제조방법 - Google Patents

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KR20140014738A
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Abstract

본 발명은 필름 형성롤 및 이를 이용한 광학필름 제조방법에 관한 것이다. 상기 필름 형성롤은 회전 가능한 원통형 내부 부재; 상기 원통형 내부 부재의 외주연과 간격을 두고 형성된 표면 부재; 및 상기 원통형 내부 부재와 상기 표면부재 사이에 채워진 액상층을 포함하여 이루어진다.

Description

필름 형성롤 및 이를 이용한 광학필름 제조방법{ROLL FOR PREPARING FILM AND METHOD FOR PREPARING OPTICAL FILM USING THE SAME}
본 발명은 필름 형성롤 및 이를 이용한 광학필름 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 필름 두께 방향으로 굴절율 주축의 경사특성을 발현할 수 있는 필름 형성롤 및 이를 이용한 광학필름 제조방법에 관한 것이다.
　
액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD)는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 디스플레이(flat panel display) 중 하나이다. 일반적으로 액정 디스플레이는 TFT(Thin Film Transistor) 어레이 기판과 칼라필터 기판 사이에 액정층이 봉입된 구조를 취한다. 상기 어레이 기판과 칼라필터 기판에 존재하는 전극에 전기장을 인가하면 그 사이에 봉입된 액정층의 액정 분자의 배열이 변하게 되고, 이를 이용해 영상을 표시하게 된다. 한편, 어레이 기판과 칼라필터 기판의 외측에는 편광필름(편광판)이 구비되어 있다. 　편광필름은 백라이트로부터 입사되는 빛 및 액정층을 통과한 빛 중 특정 방향의 빛을 선택적으로 투과함으로써 편광을 제어할 수 있다. 편광판은 빛을 특정 방향으로 편광시킬 수 있는 편광자(polarizer), 보호층 및 보상필름을 포함하는 것이 일반적이다.
액정의 굴절율 이방성에 기인하여 액정 디스플레이는 시야각이라는 근본적인 문제를 안고 있다. 광 시야 각 보상필름의 일종으로 TN(Twist Nematic)타입의 시야 각은 수평 방향에서 120도, 수직방향에서의 시야 각 90도로 제한적인 문제가 있다.
이러한 문제를 해결해 주기 위하여 시야 각을 보상해 주는 광 시야 각 필름이 사용되고 있다. 이러한 광 시야 각 보상필름은 위상지연을 보상하여 넓은 시야 각을 보상하며, 명암 비 개선, 그레이 스케일 역전 개선, 　색상변화 개선의 다양한 보상 기능을 갖게 해준다.
현재 상업적으로 사용되는 보상필름은 JP 2006-267241에 개시된 바와 같이, 하부측 투명 필름 원단표면에 러빙(rubbing)처리를 한 후 이 표면위에 도포액을 액정 유리전이온도 이상에서 액정성 화합물을 배향시키고, 그 배향을 고정하여 광학 이방성층을 형성한 후 적층제를 감아 제품을 제조하는 기술이 보편적이다.
광축의 경사각을 형성하여 시야 각을 보상해주는 다양한 방법에 대한 관련 특허가 소개 되고 있다. 특허 JP 평6-222213는 폴리카보네이트를 압출가공으로 제조된 고형화된 필름원단을 투입 시 롤간에 주속차를 달리하여 광축을 형성시킴으로써 보상 기능을 갖는 필름을 제조하는 기술이 개시되고 있다. 　특허 JP 2003-025414는 가공롤의 구성을 첫 번째 롤은 탄성이 있는 고무롤 표면에 금속 도금 된 롤을 적용하였으며, 두 번째 롤은 일반 금속롤을 적용하여 원료 수지의 유리전이온도 이상의 조건에서 광축을 경사시키는 기술을 개시하고 있다. 상기 방법은 롤간의 접촉면적을 넓게 하여 경사각도를 구현하는데 있어 유리하지만 표면 거칠기 때문에 투명한 제품이 만들어 질 수 없다. 특허 JP 2010-058495는 압출 용융물을 고무피복된 금속롤과 일반 금속롤사이에 투입 될 시 롤간의 주속차이를 주어 광축을 경사시키는 기술이 개시되어 있다. 이 때, 각 적용 롤간의 압력을 다양하게 조절 할 수 있으며, 롤 간의 압력을 높일 경우 경사 구조가 커지고 광학 균일성 높은 필름을 제조 할 수 있다. 특허 JP 2011-059471는 공압출하여 금속롤 사이로 투입과정에서 금속롤의 주속차이를 주어서 경사각을 최대한 형성한 후 외관이 좋지 않은 표면층은 박리하고 가운데 보호된 층만을 얻는 기술을 개시하고 있다. 　
본 발명의 하나의 목적은 필름 두께 방향으로 굴절율 주축의 경사특성을 발현할 수 있는 필름 형성롤 및 이를 이용한 광학필름 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 제막시 단일 필름에서 표면은 경사 배향이 발생하지 않고, 내부는 경사 배향을 발현할 수 있는 필름 형성롤 및 이를 이용한 광학필름 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 제막시 필름 폭에 따라 균일한 물성을 발현할 수 있는 필름 형성롤 및 이를 이용한 광학필름 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 연신 후에도 헤이즈 상승없이 투명성과 배향각을 유지할 수 있는 필름 형성롤 및 이를 이용한 광학필름 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 제막시 액정 디스플레이의 시야각을 크게 개선할 수 있는 필름 형성롤 및 이를 이용한 광학필름 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은　제막시 액정 보상에서 발생하는 빛샘 무라를 개선할 수 있는　필름 형성롤 및 이를 이용한 광학필름 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 관점은 필름 형성롤에 관한 것이다. 상기 필름 형성롤은 회전　가능한 원통형 내부 부재; 상기 원통형 내부 부재의 외주연과 간격을 두고 형성된 표면 부재; 및 상기 원통형 내부 부재와 상기 표면부재 사이에 채워진 액상층을 포함하여 이루어진다.
상기 원통형 내부 부재와 상기 표면 부재의 재질은 금속일 수 있다.
상기 액상층은 물, 오일류로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택될 수 있다.
상기 표면 부재는 접촉 중앙부의 직경(d2)이 단부의 직경(d1)보다 클 수 있다.
상기 접촉 중앙부의 직경(d2)이 단부의 직경(d1)보다 0.01　내지 5.00% 클 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 상기 필름 형성롤을 이용한 광학필름의 제조방법에 관한 것이다. 상기 방법은 비액정 열가소성 수지를 용융압출하고; 그리고 상기 용융압출된 열가소성 수지를 상기 필름 형성롤과 제2성형롤 사이로 닙(nip) 성형하여 필름 형태로 제조하는 단계를 포함한다.
구체예에서 상기 필름 형성롤과 상기 제2성형롤은 탄성율이 서로 다를 수 있다. 　상기 필름 형성롤의 탄성율은 상기 제2성형롤의 탄성율보다 클 수 있다.
상기 필름 형성롤의 탄성율은 상기 제2성형롤의 탄성율 대비 0.1　내지 30.0　% 클 수 있다.
구체예에서 상기 필름 형성롤과 상기 제2성형롤은 주속차가 30% 이내일 수 있다.
상기 필름 형성롤과 상기 제2성형롤의 표면온도는 상기 비액정 열가소성 수지의 유리전이온도 (Tg) 이하일 수 있다.
상기 필름 형성롤의 표면온도(Tr)는 하기 식 3을 만족할 수 있다:
[식 3]
Figure pat00001
(Te는 용융압출 직후 열가소성 수지 온도, Tr은 필름 형성롤의 표면온도).
상기 필름 형성롤과 상기 제2성형롤은 온도차가 30 ℃ 이내일 수 있다.
한 구체예에서 상기 열가소성 수지는 음의 이방성의 굴절율을 가지는 수지일 수 있다.
다른 구체예에서 상기 열가소성 수지는 양의 이방성의 굴절율을 가지는 수지일 수 있으며, 닙(nip) 성형 후 연신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 연신은　주행 반대 방향(TD)으로 주행 방향 대비 5~20% 연신할 수 있다.
상기 연신은 상기 열가소성 수지의 유리전이온도(Tg) 보다 낮은 온도에서 연신할 수 있다.
상기 연신은 연신온도가 하기 식을 만족할 수 있다:
Td = Tg - a
( Td는 연신온도, Tg는 열가소성 수지의 유리전이온도, a는 5~20 ℃).
본 발명은 필름 두께 방향으로 굴절율 주축의 경사특성을 발현할 수 있고, 제막시 단일 필름에서 표면은 경사 배향이 발생하지 않고, 내부는 경사 배향을 발현할 수 있으며, 폭방향으로 균일한 물성을 확보할 수 있고, 연신 후에도 헤이즈 상승없이 투명성성과 배향각을 유지하고, 액정 디스플레이의 시야각을 크게 개선할 수 있고, 액정 보상에서 발생하는 빛샘 무라를 개선할 수 있는　필름 형성롤 및 이를 이용한 광학필름 제조방법을 제공하는 발명의 효과를 갖는다.
　
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 필름 형성롤의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 필름 형성롤의 정단면도이다.
도 3은 본 발명의 필름 형성롤의 측단면도이다.
도 4는 상기 필름형성롤을 이용하여 광학필름을 제조하는 과정을 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 광학필름을 개략적으로 나타낸 단면도이다
도 6은 필름 β각을 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은 실시예 3과 비교예 1의 필름 폭에 따른 위상차 측정 결과이다.
필름 형성롤
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 필름 형성롤의 개략적인 사시도이고, 도 2는 정단면도, 도 3은 측단면도이다. 도　1에 도시된 것과 같이, 본 발명의 필름 형성롤(100)은 회전 가능한 원통형 내부 부재(10); 상기 원통형 내부 부재의 외주연과 간격을 두고 형성된 표면 부재(30); 및 상기 원통형 내부 부재와 상기 표면부재 사이에 채워진 액상층(20)을 포함하여 이루어진다.
상기 원통형 내부 부재(10)의 재질로는 금속, 유리, 세라믹, 플라스틱, 고무 등이 적용될 수 있으며, 바람직하게는 금속이다.
또한 상기 원통형 내부 부재(10)의 직경은 200　내지 500mm　일 수 있다.
상기 표면 부재(30)는 본 발명의 필름 형성롤(100)의 외주연을 둘러싸고 있으며, 상기 원통형 내부 부재(10)와 간격을 두고 형성된다.
상기 표면 부재(30)의 재질은 금속이 적용될 수 있다. 상기 금속으로는 단일 금속, 제2금속이 도금된 금속, 2종 이상의 금속의 합금 등이 적용될 수 있다. 예를 들면 크롬이 도금된 스틸 금속이 적용될 수도 있다.
구체예에서는 상기 원통형 내부 부재(10)와 상기 표면 부재(30)의 재질이 서로 다를 수 있다. 예를 들면 상기 원통형 내부 부재(10)와 상기 표면 부재(30)가 서로 금속이라 하더라도 상기 원통형 내부 부재(10)의 재질은 강판이고 상기 표면 부재(30)의 재질은 스틸일 수 있다.
상기 원통형 내부 부재(10)와 상기 표면 부재(30) 의 평균 간격은 0.1　내지 10mm　일 수 있다. 한 구체예에서 상기 표면부재는 단부(31)와 접촉 중앙부(32)의 직경이 동일한 원통형태일 수 있다. 다른 구체예에서는 상기 표면부재는 접촉 중앙부(32)의 직경(d2)이 단부(31)의 직경(d1)보다 클 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 필름 형성롤(100)의 접촉 중앙부가 볼록한 항아리 형태를 갖게 되는 것이다. 여기서 단부(31)와 접촉 중앙부(32)는 필름 형성롤의 축방향과 수직한 방향으로 관찰했을 때양 쪽 끝을 "단부", 상기 단부의 중심에 있는 부분을 "접촉 중앙부"로 한다. 이와 같이 필름 형성롤의 접촉 중앙부가 볼록한 항아리 형태를 가질 경우 폭 방향 위상차 및 경사각의 균일성을 보장 할 수 있다. 구체예에서는 상기 접촉 중앙부의 직경(d2)은 단부의 직경(d1) 보다 0.01%　내지　5%, 바람직하게는 0.01%　내지　1% 클 수 있다. 상기 범위에서　폭 방향 위상차 및 경사각의 균일성을 보장 할 수 있다. 예를 들면, 표면부재의 단부(31)의 직경(d1)은 200　mm 내지 500　mm일 수 있으며, 접촉 중앙부(32)의 직경(d2)은 200.02　내지 505.00mm　일 수 있다.
상기 원통형 내부 부재(10)와 상기 표면부재(30) 사이에는 액상층(20)으로 채워진다.
상기 액상층은 물, 오일　등이 사용될 수 있다. 이중 물이 온도조절이 용이하므로 바람직하다.
　
광학필름 제조방법
본 발명의 또 다른 관점은 상기 광학필름의 제조방법에 관한 것이다. 상기 방법은 비액정 열가소성 수지를 용융압출하고; 그리고 상기 용융압출된 열가소성 수지를 상기 필름 형성롤과 제2성형롤 사이로 닙(nip) 성형하여 필름 형태로 제조하는 단계를 포함한다.
도 4는 본 발명의 한 구체예에 따라 상기 필름 형성롤(100)을 이용하여 광학필름을 제조하는 과정을 나타낸 모식도이다. 도시된 바와 같이, 다이(400)에서 용융압출된 열가소성 수지는 필름 형성롤(100)과 제2성형롤(200) 사이로 통과되어 필름 형태의 광학필름(500)으로 제조된다. 이후 상기 제2성형롤(200)에 인접한 제3성형롤(300) 사이를 지나 다음 공정인 권취 혹은 연신공정을 수행할 수 있다.
구체예에서는 다이(400)에서 열가소성 수지를 용융압출하기 전에 건조하는 과정을 수행할 수 있다. 용융 압출 공정에서 원료에 존재 하는 수분의 함량이 일정수준이상이 포함되어 있으면 오렌지필 형태와 같은 기포상태의 제품상의 불량이 발생할 수 있다. 구체예에서는 상기 건조 과정에서 제습 건조기나 열풍건조기 등이 사용될 수 있다. 건조온도는 바람직하게는 20~200℃이고, 더욱 바람직하게는 50~150℃이며, 가장 바람직하게는 70~130℃이다. 상기 범위에서 원료 특성의 변화없이 수분을 제거할 수 있다. 원료의 건조시간은 바람직하게는 30분~5시간이고, 더욱 바람직하게는 1~3 시간이며 가장 바람직하게는 2~3시간이다.
건조가 완료된 원료를 정량공급 장치로 투입된 후 압출설비 입구부에 설치 되어있는 원료 저장소(호퍼)로 일정량씩 조절되어 본격적인 압출설비로의 원료 공급이 이루어질 수 있다. 이때 원료에 포함될 수 있는 불순물을 일차적으로 제거하여 주기 위하여 중간 저장소에서 일차적으로 공기를 순환시키면서 여과장치를 거칠 수 있다.
건조된 원료는 이후 압출기로 투입된다. 압출기는 온도에 따라 3~5 구간으로 나뉘어져 있다. 먼저 투입된 원료가 압출설비 스크류 첫 번째 구간에 채워지게 된다. 첫 번째 구간은 원료를 압출설비 실린더로 원료를 이송시키는 역할을 한다. 첫 번째 구간의 온도설정은 20~350℃가 바람직하고, 가장 바람직하게는 150~250℃이다. 두 번째 구간은 원료의 용융이 시작되는 구간이다. 두 번째 구간의 온도설정은 150~350℃가 바람직하고, 가장 바람직하게는 200~280℃이다. 세 번째 구간은 원료가 용융물로 완전히 전환되는 역할을 한다. 세 번째 구간의 온도설정은 150~350℃, 바람직하게는 200~280℃ 이다. 네 번째 구간은 용융된 원료를 압력을 높게 하여 용융물의 밀도를 높여 주어 안정적인 토출량을 확보해주는 역할을 한다. 네 번째 구간의 온도조건은 150~350℃이고, 가장 바람직하게는 200~280℃이다. 용융상태의 원료에 포함되어있는 불순물을 제거하여 주기 위하여 스크린 체인저 구간의 메시를 통과할 수 있다. 메시의 입방 수는 바람직하게는 30~1000방 이고, 가장 바람직하게는 100~300방 일 수 있다. 상기 범위에서 용융물의 이동이 용이하고, 불순물의 제거성능이 우수하다. 불순물이 제거된 용융물은 일정한 양씩 티다이로 이송해주는 기어펌프구간을 통과한다. 기어펌프는 압출설비 실린더로부터 불규칙하게 투입되는 원료를 일정공간에 저장하였다가 일정한양의 용융물을 티타이로 안정적으로 공급하여 압력분포의 변화를 최소화한다. 용융물이 최종적으로 압출설비 밖으로 토출되는 구간인 티다이 구간이다. 티다이의 형태에 따라서 필름의 형상 및 제조두께가 결정되어진다. 티다이의 형태는 "T자"형 다이, 옷걸이형태(coat hanger) 　다이, 물고기 꼬리형태(fish tail)다이 로 구분되어 진다. 용융물의 흐름성에 따라 선택적으로 사용이 가능하다.
상기 다이를 통해 토출된 필름 형태의 용융물은 필름 형성롤(100)에 접촉되면서 고형화된 필름 형태를 갖추게 된다. 본 발명에서는 상기 특정 구조의 필름 형성롤(100)을 적용하여 두께 방향으로 굴절율 주축의 경사특성을 구현할 수 있는 것이다.
구체예에서 상기 필름 형성롤(100)과 상기 제2성형롤(200)은 탄성율이 서로 다를 수 있다. 　이와 같이 필름 형성롤(100)과 제2성형롤(200) 간에 서로 탄성도를 다르게 하여 다양한 필름 β각을 형성시킬 수 있는 것이다.
바람직하게는 상기 필름 형성롤(100)의 탄성율은 상기 제2성형롤(200)의 탄성율 보다 클 수 있다. 구체예에서 상기 필름 형성롤(100)의 탄성율은 상기 제2성형롤(200)의 탄성율 대비　1.0　내지 30.0　% 클 수 있다. 상기 범위에서 폭 방향 위상차 및 경사각의 균일성을 보장 할 수 있다.
또한 상기 필름 형성롤(100)과 상기 제2성형롤(200)은 주속차가 다를 수 있다. 여기서 주속차는 롤이 회전하는 속도이다. 구체예에서는 상기 필름 형성롤(100)의 주속이 제2성형롤(200)의 주속 보다 빠를 수 있다. 예를 들면, 상기 필름 형성롤(100)의 주속은 1　내지 60m/min　이고, 상기 제2성형롤(200)의 주속은 1　내지 50m/min　일 수 있다.
바람직하게는 상기 필름 형성롤(100)과 상기 제2성형롤(200)의 주속차가 30% 이내일 수 있다. 바람직한 구체예에서는 주속차가 0 내지 10 %, 보다 바람직하게는 0 내지 5 % 일 수 있다. 상기 범위에서 위상발현을 통한 위상차 값 및 경사각도 확보 유리한　장점이 있다.
구체예에서 상기 필름 형성롤(100)과 상기 제2성형롤(200)의 표면온도는 상기 비액정 열가소성 수지의 유리전이온도 (Tg) 이하일 수 있다.
　이처럼 용융 압출된 열가소성 수지가 필름 형성롤(100)과 제2성형롤(200)에 접촉하여 필름 성형시 필름 내부는 Tg 온도 이상인 반면, 필름 표면은 Tg 온도 이하로 다르게 된다. 필름　표면과 내부의 성형 온도 차이를 발생시킨 상태에서 필름 형성롤(100)과 제2성형롤(200)의 성형롤이 주행하게 되면 필름의 표면과 내부에 상이한 전단력을 발생하게 되어 두께 방향으로 경사 각도를 갖게 되는 것이다.
구체예에서 상기 필름 형성롤(100)의 표면온도(Tr)는 하기 식 3을 만족할 수 있다:
[식 3]
Figure pat00002
(Te는 용융압출 직후 열가소성 수지 온도, Tr은 필름 형성롤의 표면온도).
　상기 범위에서 필름두께 방향으로 표면층은 배향되지 않고, 내부층만 경사배향된 구조를 가질 수 있다.
구체예에서 상기 필름 형성롤(100)의 표면온도(Tr)는 20~200℃고, 바람직하게는 50~150℃이며, 가장 바람직하게는 80~130℃이다. 상기 범위에서 위상발현을 통한 위상차 값 및 경사각도를 확보할 수 있다. 또한 상기 제2성형롤(200)의 표면온도는 20~200℃이고, 바람직하게는 80~130℃이다. 상기 범위에서 위상발현을 통한 위상차 값 및 경사각도를 확보할 수 있다. 상기 필름 형성롤(100)과 제2성형롤(200)의 온도차이는 2~50 ℃, 바람직하게는 5~30℃, 보다 바람직하게는 5~15 ℃이다. 상기 범위에서 위상발현을 통한 위상차 값 및　경사각도를 확보할 수 있다. 또한 상기 제3성형롤(300)의 표면온도는 20~180℃이고, 바람직하게는 50~120℃ 일 수 있다.
　
상기 열가소성 수지는 방향족 비닐계 수지, 아크릴계 수지　등과 같이 음의 이방성의 굴절율을 가지는 수지 혹은 사이클로 올레핀계 수지, 폴리 카보네이트계 수지, 폴리올레핀계 수지, 　등과 같이 양의 이방성의 굴절율을 가지는 수지일 수 있다.
열가소성 수지가 양의 이방성의 굴절율을 가지는 수지일 경우 닙(nip) 성형 후 연신하는 단계를 더 포함할 수 있다. 구체예에서는 상기 연신은 2축연신으로 하며, 주행 반대 방향(TD)으로 주행 방향 대비 5~30%로 연신할 수 있다. 상기 범위에서 위상차 값 확보 및 경사 각도 저하를 막을 수 있는　장점이 있다. 바람직하게는 상기 연신은 주행 반대 방향(TD)으로 주행 방향 대비 8~25 % , 보다 바람직하게는 10~20 % 로 연신할 수 있다.
바람직하게는 상기 연신은 상기 열가소성 수지의 유리전이온도(Tg) 보다 낮은 온도에서 연신할 수 있다. 예를 들면, 상기 연신은 열가소성 수지의 유리전이온도(Tg) 보다 5~20 ℃ 낮은 온도에서 수행할 수 있다. 상기 범위에서 위상발현을 통한 위상차 값 및 경사각도 확보 가능한 장점이 있다.
예를 들면 상기 연신은 연신온도가 하기 식을 만족할 수 있다:
Td = Tg - a
( Td는 연신온도, Tg는 열가소성 수지의 유리전이온도, a는 5~20 ℃).
이처럼 압출 제막에서 두께 방향의 경사각도를 가지는 필름을 연신할 때 유리전이온도(Tg) 보다 낮은 온도에서 저배율로 연신함으로서, 압출성형시의 경사특성을 효율적으로 유지할 수 있다.
다른 구체예에서는 열가소성 수지가 음의 이방성의 굴절율을 가지는 수지일 경우 닙(nip) 성형 후 연신 과정 없이도 내부가 배향된 특성을 얻을 수 있다.
성형과정이 완료된 필름은 이후 최종적으로 권취과정을 거친다. 바람직하게는 필름 양쪽 측단부의 평탄하지 못한 부분을 트리밍 커팅과정을 한 후 권취과정을 거질 수 있다. 　
이와 같이 제조된 광학필름은 도 5에 도시된 바와 같이 표면은 필름 두께 방향으로 경사 배향되지 않고 내부는 필름 두께 방향으로 경사 배향되어 있을 수 있다. 이처럼 상기 방법으로 제조된 광학필름은 표면과 내부에 따라 배향이 다르게 형성되어 시야각과 빛샘 등을 개선할 수 있는 것이다. 또한 이와 같이 표면 및 내부에 따라 경사배향을 달리한 광학필름의 제조를 단일 압출공정에서 수행할 수 있으므로 공정이 단축되고 제조원가를 절감할 수 있다.
도 6은 필름 β각을 설명하기 위한 개념도이다. 상기 필름 내부층(500c)은 직교 니콜 투과도가 최소가 되는 각도로 정의되는 필름 평균 β각이 5~35 ˚, 바람직하게는 12~30　˚ 　일 수 있다. 상기 필름　β각은 절편배향각으로서, 도 6에 도시된 바와 같이, 두께 방향인 z 축과 배향면에 수직인 z' 축간 이루는 각이다. 이러한 필름　평균　β각은 편광판 사이에 놓고 직교 니콜을 관찰하여 직교 니콜 투과도가 최소가 되는 각도로 구할 수 있다.
상기 필름 내부층(500c)은 두께 방향인 z 축에 따라 필름 β각이 서로 다른 값을 가질 수 있다. 예를 들면 필름 표면에서부터 10~20 ㎛인 위치에서는 필름 β각이 21~27 　˚ 인 반면, 필름 표면에서부터 　70~80 ㎛인 위치에서는 필름 β각이 15~20 　˚ 일 수 있다. 이처럼 필름 두께에 따라 경사 배향이 달라 필름 β각이 다른 분포를 갖게 된다. 바람직하게는 필름 내부층에서 최대 β각(β1)과 최소 β각(β2)의 비(β1/β2)가 1~1.8, 보다 바람직하게는 1.1~1.5 일 수 있다. 구체예에서는 평균 β각이 5~40 　˚ , 예를 들면 15~35　　˚일 수 있다.
상기 광학필름(500)은 550nm에서 하기 식으로 정의되는 면내 위상 지연값(Ro)이 0　내지 150　nm일 수 있다.
[식 1]
Ro'　= (nx - ny')×d
(상기 식에서, nx, ny'는 각각 x축 및 y'축 방향의 굴절율(refractive index)이고, d는 필름의 두께이다).
상기 광학필름은 550nm에서 하기 식 2로 정의되는 두께 방향 위상 지연값(Rth)이 0　내지 200　nm일 수 있다.
[식 2]
Rth' = [(nx+ny')/2　- nz']×d
(상기에서, nx, ny', nz'는 각각 x축, y'축 및 z'축 방향의 굴절율이고, d는 필름의 두께이다).
구체예에서 상기 광학필름의 두께 (d)는 30 내지 110 ㎛, 바람직하게는 50 내지 100 ㎛ 일 수 있다.
　
상기 방법에 의해 제조된 광학필름은 편광소자에 직접 합지하여 편광필름으로 제조할 수 있다. 본 발명의 방법에 따라 제조된 광학필름은 표면에는 경사배향되지 않고 내부층에만 경사배향되어 있으므로 수직배향 모드 액정에서도 우수한 시야각을 확보할 수 있으며, 광탄성 계수가 낮은 고분자 필름을 적용하므로 액정 보상에서 발생하는 빛샘 무라를 개선할 수 있다.
　
실시예
실시예 1~6
열가소성 수지(JSR社 Arton RX4500)를 250 ℃에서 T 다이로 용융압출하고 도 4에 도시된 바와 같이 강철 원통형 내부부재와 스테인레스 스틸 표면부재 사이에 물이 채워진 형태의 필름 형성롤(100)과 강성금속롤(200) 사이로 용융물을 통과시켜 필름형태로 제조하였다. 이 때 필름 형성롤(100)과 강성금속롤(200) 사이의 주속비율을 표 1과 같이 변경시켜 광학필름을 제조한 후, 편광필름과 합지시켰다. 필름 형성롤(100)과 강성금속롤(200, 300)의 표면온도는 동일하게 하였다.
　
물성평가방법
(1) 　Ro'와 Rth' 값: 제조된 필름에 대해 Axo scan(Axometrics Inc社의 OPMF-2 eries)을 이용하여 샘플 필름 표면에 대하여 수직방향 및 필름면 법선으로부터 ±45°경사시킨 방향에서 파장 550nm에서의 위상차 값을 측정하였다. 여기서 평균 굴절율의 가정치는 폴리머 핸드북(polymer handbook) 　(JOHN WILEY&SONS,INC), 각종 광학 필름의 카탈로그의 값을 사용할 수 있다.
(2)　평균 β각 :　Axo scan을 이용하여 측정하였다. 이는 전체 필름 두께 방향 내에 분포한 β각의 평균 값으로 계산된다.
이미지 분석 프로그램을 사용하여 각도별로 편광현미경 이미지의 휘도 분포를 분석하고, 필름 두께 방향으로 약 10 ㎛ 간격으로 9등분한 후　평균 휘도를 계산하였다. 다음에 각도와 평균 휘도를 플롯팅(PLOT) 한 후 필름 β각을 구하였다. 각 두께 별로 β각 분포를 플롯팅한 다음 평균 값을 구하였다.
(3) 시야각: CR=10 이상이 되는 측면 각도로서 EZ contrast를 통해 측정하였다.
　
　 주속차 롤 온도(℃) 필름 광학 물성
#1~#2롤간
주속차		 크라운
금속 탄성롤
(#1)		 강성
금속롤(#2)		 강성
금속롤
(#3)		 Ro (nm) Rth (nm) β (°)
실시예1 1.010 123 123 115 7.2 38.2 22.2
실시예2 1.015 123 123 115 12.7 44.4 26.6
실시예3 1.020 123 123 115 18.5 50.4 29.9
실시예4 1.025 123 123 115 24.7 57.0 31.8
실시예5 1.030 123 123 115 34.5 66.7 32.1
실시예6 1.035 123 123 115 43.1 75.0 32.7
상기 표 1에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 필름 형성롤을 적용할 경우 두께 방향으로 굴절율 주축의 경사특성을 발현한 것을 확인할 수 있다.
　
비교예 1
필름 형성롤(100) 대신 강성금속롤을 적용한 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일하게 수행하였다. 제조된 필름의 위상차를 측정하여 도 7에 나타내었다.
　
도 7에 나타난 바와 같이, 본 발명의 필름 형성롤을 적용할 경우 필름 폭에 걸쳐 거의 균일한 위상차를 갖는 것을 확인할 수 있다.
　
실시예 7~9 및 비교예 2~3 : 연신온도에 따른 물성변화
하기 표 2와 같이 연신조건 하에서 연신공정을 한 것을 제외하고는 상기 실시예와 동일하게 수행하였다.
　 공정 조건 물성
연신온도(℃) 연신속도(m/m) 연신율(%) R0'(nm) Rth'(nm) 배향각(°) 상시야각/하시야각(°)
실시예 7 120 4 10 70 160 20 50~88/85
실시예 8 123 60 145 16 50~88/85
실시예 9 125 50 125 15 50~88/85
비교예 2 130 40 90 10 30~50/50~60
비교예 3 138 30 60 2 20~40/40~60
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 연신온도가 수지의 Tg 보다 높은 비교예 2~3에 비해 실시예 7~9가 높은 시야각을 확보하는 것을 알 수 있다.
10 : 원통형 내부 부재　　　　　　　20: 액상층
30: 표면 부재　　　　　　　　　　　　　　　100 : 필름 형성롤
200 : 제2성형롤 　　　　　　　　　　　　300 : 제3성형롤
400 : T 다이 　　　　　　　　　　　　　　　500 :　광학필름

Claims (18)

  1. 회전 가능한 원통형 내부 부재;
    상기 원통형 내부 부재의 외주연과 간격을 두고 형성된 표면 부재; 및
    상기 원통형 내부 부재와 상기 표면부재 사이에 채워진 액상층;
    을 포함하여 이루어지는 필름 형성롤.
  2. 제1항에 있어서, 상기 원통형 내부 부재와 상기 표면 부재의 재질은 금속인 것을 특징으로 하는 필름 형성롤.
  3. 제1항에 있어서, 상기 원통형 내부 부재와 상기 표면 부재의 재질은 금속인 것을 특징으로 하는 필름 형성롤.
  4. 제1항에 있어서, 상기 표면 부재는 접촉 중앙부의 직경(d2)이 단부의 직경(d1)보다 큰 것을 특징으로 하는 필름 형성롤.
  5. 제4항에 있어서, 상기 접촉 중앙부의 직경(d2)이 단부의 직경(d1)보다 0.01　내지 5.00% 큰 것을 특징으로 하는 필름 형성롤.
  6. 비액정 열가소성 수지를 용융압출하고; 그리고
    상기 용융압출된 열가소성 수지를 제1항 내지 제5항중 어느 한 항의 필름 형성롤과 제2성형롤 사이로 닙(nip) 성형하여 필름 형태로 제조하는;
    단계를 포함하는;
    필름 형성롤을 이용한 광학필름 제조방법.
  7. 비액정 열가소성 수지를 용융압출하고; 그리고
    상기 용융압출된 열가소성 수지를 제1항 내지 제5항중 어느 한 항의 필름 형성롤과 제2성형롤 사이로 닙(nip) 성형하여 필름 형태로 제조하는;
    단계를 포함하는;
    필름 형성롤을 이용한 광학필름 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 필름 형성롤의 탄성율은 상기 제2성형롤의 탄성율보다 큰 것을 특징으로 하는 필름 형성롤을 이용한 광학필름 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 필름 형성롤의 탄성율은 상기 제2성형롤의 탄성율 대비 1.0　내지 30.0　% 큰 것을 특징으로 하는 필름 형성롤을 이용한 광학필름 제조방법.
  10. 제6항에 있어서, 상기 필름 형성롤과 상기 제2성형롤은 주속차가 30% 이내인 것을 특징으로 하는 광학필름 제조방법.
  11. 제6항에 있어서, 상기 필름 형성롤과 상기 제2성형롤의 표면온도는 상기 비액정 열가소성 수지의 유리전이온도 (Tg) 이하인 것을 특징으로 하는 광학필름 제조방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 필름 형성롤의 표면온도(Tr)는 하기 식 3을 만족하는 것을 특징으로 하는 광학필름 제조방법:
    [식 3]
    Figure pat00003

    (Te는 용융압출 직후 열가소성 수지 온도, Tr은 필름 형성롤의 표면온도).
  13. 제11항에 있어서, 상기 필름 형성롤과 상기 제2성형롤은 온도차가 30 ℃ 이내인 것을 특징으로 하는 광학필름 제조방법.
    　
  14. 제6항에 있어서, 상기 열가소성 수지는 음의 이방성의 굴절율을 가지는 수지인 것을 특징으로 하는 광학필름 제조방법.
  15. 제6항에 있어서, 상기 열가소성 수지는 양의 이방성의 굴절율을 가지는 수지이며, 닙(nip) 성형 후 연신하는 단계를 더 포함하는 광학필름 제조방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 연신은　주행 반대 방향(TD)으로 주행 방향 대비 5~20% 연신하는 것을 특징으로 하는 광학필름 제조방법.

  17. 제15항에 있어서, 상기 연신은 상기 열가소성 수지의 유리전이온도(Tg) 보다 낮은 온도에서 연신하는 것을 특징으로 하는 광학필름 제조방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 연신은 연신온도가 하기 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 광학필름 제조방법:
    Td = Tg - a
    ( Td는 연신온도, Tg는 열가소성 수지의 유리전이온도, a는 5~20 ℃).



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