KR20140131910A - 편광 필름과 그 제조 방법 및 편광판 - Google Patents

Abstract

폴리비닐알콜계 수지(PVA) 필름에 요오드가 흡착 배향하고 있고, 붕소 함유량이 1∼3.5 중량%의 범위 내에 있고, 흡수축을 긴 변으로 하는 2 mm×10 mm의 크기로 재단하여 80℃에서 4시간 가열했을 때, 그 흡수축 방향으로의 수축력이 2.8 N 이하이고, 또한 직교 색상의 b값이 -2.2∼+0.5의 범위 내에 있는 편광 필름 및 거기에 보호층을 형성한 편광판이 제공된다. PVA 필름에, 요오드 염색, 붕산 처리 및 수세를 이 순서로 행하고, 또한 붕산 처리 또는 그것보다 이전의 단계에서 일축 연신을 행하고, 상기 붕산 처리와 수세의 사이에 필름을 건조시키는 1차 건조를 행하는 방법에 의해, 이 편광 필름을 제조할 수 있다.

Description

편광 필름과 그 제조 방법 및 편광판{POLARIZING FILM, METHOD FOR MANUFACTURING SAME, AND POLARIZING PLATE}

본 발명은, 액정 표시 장치에 바람직하게 이용되는 편광 필름, 그 편광 필름의 제조 방법 및 편광판에 관한 것이다. 자세하게는, 뉴트럴 그레이를 실현하면서 내구성도 우수한 편광 필름, 그 편광 필름의 제조 방법 및 그 편광 필름에 투명 보호층을 형성한 편광판에 관한 것이다.

액정 표시 장치는, 저소비 전력, 저전압 동작, 경량, 박형 등의 특징을 살려, 각종 표시용 디바이스에 이용되고 있다. 일반적으로, 액정 표시 장치를 구성하는 액정 패널은, 액정 셀의 표면에 편광판이 접합된 구성을 구비하고 있다. 통상, 편광판은, 이색성 색소가 흡착 배향하고 있는 폴리비닐알콜계 수지로 이루어진 편광 필름(편광자라고도 함)의 한면 또는 양면에 투명한 보호 필름이 적층된 구조를 갖고 있다. 이색성 색소로는, 일반적으로 요오드 또는 이색성 유기 염료가 이용된다.

이색성 유기 염료를 이색성 색소로 하는 염료계 편광 필름 및 그것에 보호 필름을 접합한 염료계 편광판은, 내구성, 특히 내열성이 우수하기 때문에, 고온에 노출될 기회가 많은 분야, 예컨대, 카 내비게이션 시스템을 비롯한 자동차 내장품이나 액정 프로젝터의 분야에서 주로 이용되고 있다. 이에 비해, 요오드를 이색성 색소로 하는 요오드계 편광 필름 및 그것에 보호 필름을 접합한 요오드계 편광판은, 염료계의 것에 비교해서 편광 성능이 한층 더 우수하기 때문에, 텔레비젼을 비롯한 폭넓은 분야에서 이용되고 있다.

종래부터 널리 채용되고 있는 편광 필름의 제조 방법을, 도 5를 참조하여 설명한다. 여기서는, 이색성 색소로서 요오드를 이용하는 경우를 예를 들어 설명하지만, 이색성 유기 염료를 이색성 색소로 하는 경우도, 이하의 설명에서의 요오드를 이색성 색소로 바꾸면, 이후에는 기본적으로 동일하다.

폴리비닐알콜계 수지로 이루어진 원반 필름(10)은, 우선 조출 롤(11)로부터 풀리고, 그 후, 물을 팽윤욕으로 하는 팽윤조(13)로 유도되고, 여기서 팽윤욕(물)에 침지되어 팽윤 처리가 실시된다. 팽윤 처리가 실시된 필름은, 요오드를 포함하는 수용액을 염색욕으로 하는 염색조(15)로 유도되고, 여기서 염색되어 요오드가 흡착된다. 그 후, 붕산을 포함하는 수용액을 처리욕으로 하는 고정조(17)로 유도되고, 요오드를 흡착한 폴리비닐알콜계 수지가, 여기서 붕산에 의해 가교하여 요오드가 고정된다.

붕산 처리 또는 그것보다 이전의 단계에서, 폴리비닐알콜계 수지 필름에는 요오드를 배향시키기 위한 일축 연신이 실시된다. 이 일축 연신은, 고정조(17)에서 붕산 처리와 동시에 행하는 경우도 있고, 염색조(15)에서 염색과 동시에 행하는 경우도 있고, 염색조(15) 및 고정조(17)의 양쪽에서 각각, 염색과 동시 및 붕산 처리와 동시에 행하는 경우도 있고, 염색조(15)와 고정조(17)의 사이에 연신조를 설치하여 양자와는 별도로 행하는 경우도 있고, 또한 염색조(15)보다 앞, 통상은 팽윤조(13)의 앞에 연신 기구를 독립적으로 설치하여 건식으로 행하는 경우도 있다.

붕산 처리가 실시된 필름은 계속해서, 물을 수세욕으로 하는 수세조(19)로 유도되고, 여기서, 필름에 부착되어 있지만 고정화는 되어 있지 않은 요오드나 붕산 등의 약품, 또한 먼지 등의 이물질이 씻겨지고, 마지막으로 최종 건조로(23)에서 필름에 건조가 실시된다. 최종 건조로(23)를 거쳐 얻어지는 편광 필름(30)은, 권취 롤(27)에 권취된다. 도 5에는, 폴리비닐알콜계 수지 필름에 요오드를 흡착 배향시켜 얻어진 편광 필름(30)을 일단 권취 롤(27)에 권취하는 형태를 나타냈지만, 여기서 권취하지 않고 다음 보호 필름을 붙이는 공정에 공급하여, 편광판까지 연속적으로 제조하는 것도 널리 행해지고 있다.

이와 같이 하여 제조되는 종래의 요오드계 편광 필름은, 내열성이나 내습열성을 포함하는 내구성이 반드시 충분하다고는 할 수 없었다. 따라서, 일본 특허 공개 평 7-198939호 공보(특허문헌 1)에는, 폴리비닐알콜계 수지로 이루어진 편광 필름의 특히 내습열성을 개선하기 위해, 폴리비닐알콜계 수지 필름의 총중량에 대하여 붕소원자를 4.5∼7 중량% 함유시키도록 붕산 처리 공정을 2개 이상 설정하고, 각각의 공정에서 붕소 화합물 농도가 상이한 처리액에 폴리비닐알콜계 수지 필름을 침지하는 방법이 제안되어 있다.

이와 같이 편광 필름 중의 붕소 함유량을 높임으로써, 가교도가 높아지고, 고온 고습 환경에 장시간 두더라도 편광도의 저하가 적은 편광 필름을 얻을 수 있다. 그러나, 가교도가 높아짐으로써, 가열했을 때의 편광 필름의 수축력이 커진다. 그 때문에, 그 편광 필름에 보호 필름이 접합된 편광판을 유리판이나 액정 패널에 접합한 상태로 고온과 저온이 교대로 반복되는 시험, 소위 히트 사이클 시험을 행했을 때 편광 필름이 연신 방향을 따라서 파단되는 경우가 있었다.

따라서, 일본 특허 공개 제2009-104062호 공보(특허문헌 2)에는, 붕산 처리 공정에서 이용하는 붕산 처리욕에서의 붕산량을 적게 하는 동시에, 붕산 처리 공정을 2단으로 나눠, 2단째의 붕산 처리욕에서의 붕산량을 한층 더 적게 하고, 또한 2단째의 붕산 처리의 온도도 낮게 함으로써, 편광 필름 중의 붕소 함유량을 적게 하여, 편광 필름의 내구성을 향상시키는 방법이 제안되어 있다. 이에 따라, 편광 필름 중의 붕소 함유량이 3∼3.9 중량%의 범위에 있고, 또한, 편광 필름의 흡수축(연신축) 방향을 짧은 변으로 하여 2 mm×8 mm의 크기로 재단하여 80℃에서 가열했을 때, 흡수축과 직교하는 방향의 수축력이 2.8 N 이하인 편광 필름을 얻을 수 있다. 이러한 편광 필름은, 연신축과 직교하는 방향의 수축력이 작기 때문에, 히트 사이클 시험에 있어서 파단되기 어려워 내구성이 우수한 것이 된다.

한편, 특히 요오드계의 편광 필름 및 편광판에 있어서는, 액정 표시 장치에 적용했을 때 원래의 색을 표시할 수 있도록, 투과광이 뉴트럴 그레이, 즉 중성색이 되는 것이 요구된다. 예컨대, 일본 특허 공개 제2002-169024호 공보(특허문헌 3)에는, 뉴트럴 그레이의 백표시 및 흑표시를 가능하게 한 요오드계 편광판 및 그 제조 방법이 개시되어 있다.

상기 특허문헌 2에서 제안된 방법에 의하면, 내구성이 우수한 편광 필름을 얻을 수 있지만, 투과광의 직교 색상이 뉴트럴 그레이로부터 청색으로 시프트하는 경우가 있고, 그 경우에는 푸르스름한 화상 표시가 된다는 것이 밝혀졌다. 이러한 푸르스름한 편광판은, 붕산 처리에 이용하는 처리욕의 붕산 농도가 지나치게 낮은 경우나, 붕산 처리후의 수세가 과도해진 경우에 얻어지기 쉽다. 즉, 편광 필름 중의 붕소 함유량이 적어지면, 편광 필름 또는 편광판의 직교 색상이 청색으로 시프트하기 쉬워지는 경향이 있다.

본 발명의 과제의 하나는, 히트 사이클 시험에 대한 내구성이 우수한 편광판을 부여하고, 또한 직교 색상이 뉴트럴 그레이가 되는 편광 필름 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다. 본 발명의 또 하나의 과제는, 이 편광 필름에 보호층을 형성하고, 역시 히트 사이클 시험에 대한 내구성이 우수한 동시에, 직교 색상이 뉴트럴 그레이가 되는 편광판을 제공하는 것에 있다.

즉 본 발명에 의하면, 폴리비닐알콜계 수지 필름에 요오드가 흡착 배향하고 있고, 붕소 함유량이 1∼3.5 중량%의 범위 내에 있고, 흡수축 방향을 긴 변으로 하는 2 mm×10 mm의 크기로 재단하여 80℃에서 4시간 가열했을 때, 그 흡수축 방향으로의 수축력이 2.8 N 이하이고, 또한 직교 색상의 b값이 -2.2∼+0.5의 범위 내에 있는 편광 필름이 제공된다.

이 편광 필름에 있어서, 상기 수축력은 2.1 N 이하인 것이 바람직하고, 또한 직교 색상의 b값은 -1.0∼0의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.

상기 편광 필름은, 폴리비닐알콜계 수지 필름에 대하여, 요오드를 흡착시키는 염색 공정, 붕산 처리 공정 및 수세 공정을 이 순서로 행하고, 또한 상기 붕산 처리 공정 또는 그것보다 이전의 단계에서 일축 연신하는 연신 공정을 행하고, 상기 붕산 처리 공정과 수세 공정 사이에 폴리비닐알콜계 수지 필름을 건조시키는 1차 건조 공정을 행하는 방법에 의해 제조할 수 있다.

이 방법에 있어서, 1차 건조 공정은, 그 1차 건조 공정에 들어가기 직전의 폴리비닐알콜계 수지 필름의 수분율을 W₀, 그 1차 건조 공정을 거친 후 수세 공정에 들어가기 전의 폴리비닐알콜계 수지 필름의 수분율을 W₁로 했을 때, 하기 식(1)로 표시되는 수분 감소율이 5∼95 중량%, 특히 30∼80 중량%의 범위 내가 되도록 행해지는 것이 바람직하다.

수분 감소율=〔(W₀-W₁)/W₀〕×100 (1)

또한, 1차 건조 공정은, 40∼300℃의 온도에서 1∼100초간 행해지는 것이 바람직하다. 이 1차 건조 공정은, 폴리비닐알콜계 수지 필름에 대하여, 열풍을 분사하는 수단, 발열 부재에 직접 접촉시키는 수단 및 복사 에너지를 조사하는 수단 중 어느 하나 또는 두개 이상의 수단에 의해 행해지는 것이 바람직하다.

이러한 방법에 있어서, 수세 공정을 거친 후의 폴리비닐알콜계 수지 필름에 최종 건조 공정을 행함으로써, 목적으로 하는 편광 필름을 얻을 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 상기한 어느 편광 필름과, 이 편광 필름의 적어도 한면에 형성된 투명 보호층을 구비하는 편광판도 제공된다.

본 발명의 편광 필름은, 고온 환경에 놓였을 때에도 수축력이 작고, 따라서 히트 사이클 시험에 대한 내구성이 우수하다고 하는 특성을 가짐과 동시에, 직교 색상이 청색으로 과도하게 시프트하지 않고 뉴트럴 그레이가 된다. 이 편광 필름에 투명 보호층을 형성한 편광판도 마찬가지로, 뉴트럴 그레이이며 내구성이 우수한 것이 된다. 또한 본 발명의 방법에 의하면, 상기와 같은 뉴트럴 그레이이며 내구성이 우수한 편광 필름을 유리하게 제조할 수 있다.

도 1은, 수축력을 구할 때의 시험편의 상태를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 2는, 편광 필름의 제조 방법에서의 장치의 바람직한 배치예를 나타내는 단면 모식도이다.
도 3은, 본 발명에 따른 편광판의 층구성의 예를 나타내는 단면 모식도이다.
도 4는, 편광판을 구비한 액정 패널 및 액정 표시 장치의 층구성의 예를 나타내는 단면 모식도이다.
도 5는, 종래의 편광 필름의 제조 방법에서의 장치의 배치예를 나타내는 단면 모식도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 관해 적절하게 도면을 참조하면서 설명한다. 또, 본 발명은 이하에 설명하는 부재나 배치 등에 의해 한정되는 것이 아니며, 이들 부재나 배치 등은 본 발명의 취지에 따라서 적절하게 변경할 수 있다.

[편광 필름]

본 발명의 편광 필름은, 폴리비닐알콜계 수지 필름에 요오드가 흡착 배향한 것이다. 우선, 이 편광 필름에 관해 설명한다.

폴리비닐알콜계 수지 필름은, 편광 필름의 기재가 되는 수지 필름이며, 구체적으로는 폴리아세트산비닐계 수지를 비누화하여 얻어지는 수지의 필름이다. 폴리아세트산비닐계 수지로서는, 아세트산비닐의 단독 중합체인 폴리아세트산비닐 외에, 아세트산비닐과 이것에 공중합 가능한 다른 단량체의 공중합체 등을 들 수 있다. 아세트산비닐에 공중합 가능한 다른 단량체로는, 예컨대, 불포화 카르복실산류, 올레핀류, 비닐에테르류, 불포화 술폰산류, 암모늄기를 갖는 아크릴아미드류 등이 있다.

폴리비닐알콜계 수지의 비누화도는, 통상 85∼100 몰% 정도이고, 바람직하게는 98 몰% 이상이다. 폴리비닐알콜계 수지는 변성되어 있어도 좋고, 예컨대 알데히드류로 변성된 폴리비닐포르말이나 폴리비닐아세탈 등도 사용할 수 있다. 폴리비닐알콜계 수지의 중합도는 통상 1,000∼10,000 정도이고, 바람직하게는 1,500∼5,000 정도이다.

폴리비닐알콜계 수지를 제막한 것이 편광 필름의 원반이 된다. 폴리비닐알콜계 수지를 제막하는 방법은 특별히 한정되지 않고, 공지의 방법에 의해 제막할 수 있다. 폴리비닐알콜계 원반 필름의 두께도 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 20∼150 ㎛ 정도의 범위에서 적절하게 선택하면 된다.

이러한 폴리비닐알콜계 수지 필름에 요오드를 흡착 배향시켜 것이 편광 필름이 된다. 구체적으로는, 폴리비닐알콜계 수지 필름에 대하여, 요오드를 흡착시키는 염색 공정, 흡착된 요오드를 수지 중에 고정하는 동시에 수지를 가교시키는 붕산 처리 공정 및 붕산 처리후의 필름에 부착되어 있는 약품이나 이물질을 세정 제거하는 수세 공정을 행하고, 또한 붕산 처리 공정 또는 그것보다 이전의 공정에서 일축 연신하는 연신 공정을 행함으로써 편광 필름이 제조된다. 이 제조 방법에 관해서는 이후에 자세히 설명한다.

본 발명의 편광 필름은, 흡수축 방향의 수축력을 작게 하는 동시에, 직교 색상을 뉴트럴 그레이로 한 것이다. 그 때문에, 붕소 함유량을 1∼3.5 중량%의 범위 내로 하고, 흡수축 방향을 긴 변으로 하는 2 mm×10 mm의 크기로 재단하여 80℃에서 4시간 가열했을 때, 그 흡수축 방향으로의 수축력을 2.8 N 이하로 하고, 또한 직교 색상의 b값을 -2.2∼+0.5의 범위 내로 하고 있다.

편광 필름 중의 붕소 함유량을 1∼3.5 중량%의 범위 내로 한 이유를 설명한다. 편광 필름 중의 붕소 함유량이 1 중량%를 하회하면, 충분한 내수성을 얻기 어렵고, 한편, 붕소 함유량이 3.5 중량%를 넘으면, 편광판화하여 히트 사이클 시험을 행했을 때 편광 필름의 흡수축 방향에 파단이 생기기 쉬워진다. 우수한 내수성과 내히트 사이클성을 발현시키기 위해서는, 편광 필름 중의 붕소 함유량을, 상기 범위 중에서도 2 중량% 이상, 또한 3 중량% 이하로 하는 것이 바람직하다. 편광 필름 중의 붕소는, 붕산(H₃BO₃)으로서 유리 상태로 존재하거나, 또는 붕산이 폴리비닐알콜의 유닛과 가교 구조를 형성한 상태로 존재한다고 생각되지만, 여기서 말하는 붕소 함유량은, 이와 같이 화합물의 상태로 존재하는 것을 포함해서 붕소원자(B) 자체의 양이다.

편광 필름 중의 붕소 함유량은, 예컨대 고주파 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma : ICP) 발광 분광 분석법에 의해, 편광 필름 중의 붕소량을 정량하여, 편광 필름의 중량에 대한 붕소의 중량 백분률로서 산출할 수 있다.

다음으로, 편광 필름의 흡수축 방향을 긴 변으로 하여 2 mm×10 mm의 크기로 재단하여 80℃에서 4시간 가열했을 때의 흡수축 방향의 수축력을 2.8 N 이하로 한 이유를 설명한다. 이 수축력이 2.8 N을 넘으면, 편광판화하여 히트 사이클 시험을 행했을 때 편광 필름의 연신 방향으로 파단이 생기기 쉬워진다. 이 수축력은, 이상적으로는 제로이지만, 이 수축력을 제로로 하는 것은 어렵기 때문에, 실용적으로는 0.1∼2.8 N의 범위 내인 것이 바람직하다.

이 수축력을 구할 때의 시험편의 상태를, 도 1에 모식적인 평면도로 나타냈다. 즉 편광 필름으로부터, 그 흡수축(5) 방향을 긴 변으로 하여 2 mm×10 mm의 크기의 시험편(1)을 재단한다. 이 시험편(1)은, 10 mm의 긴 변이 흡수축(5)의 방향, 2 mm의 짧은 변이 흡수축(5)과 직교하는 방향으로 되어 있다. 편광 필름에서의 흡수축(5)은 연신축 방향이 된다. 이 시험편(1)을 80℃로 승온하여 4시간 가열한다. 이 때, 흡수축(5)의 방향으로 발생하는 수축력 S를 구한다. 이 수축력 S는, 구체적으로는 이하의 방법으로 구할 수 있다. 즉, 상기 치수로 재단한 시험편(1)을 열기계 분석장치(Thermo-Mechanical Analyzer : TMA)에 세팅한다. 그리고, 그 치수를 일정하게 유지한 채 80℃에서 4시간(240분간) 가열했을 때 발생하는 긴 변 방향의 수축력을 구한다. 열기계 분석 장치(TMA)의 시판품으로서, 예컨대 에스아이아이ㆍ나노테크놀로지(주)에서 판매하고 있는 "EXSTAR-6000"을 들 수 있다.

다음으로, 편광 필름에서의 직교 색상의 b값을 -2.2∼+0.5의 범위 내로 한 이유를 설명한다. 이 직교 색상의 b값이 -2.2를 하회하면 색상이 청색으로 시프트하고, 한편 그 값이 +0.5를 넘으면 황색으로 시프트하기 때문에, 두 경우 모두 뉴트럴 그레이로부터 멀어지게 된다. 여기서 말하는 b값은 Lab 표색계에서의 값이다. Lab 표색계와 유사한 개념으로서, JIS Z 8729:2004 「색의 표시 방법-L^*a^*b^* 표색계 및 L^*u^*v^* 표색계」에 규정되는 L^*a^*b^* 표색계가 있지만, 본 발명에서는 Lab 표색계를 채용한다.

직교 색상이란, 2장의 편광판을 각각의 흡수축이 직교하도록 겹친 상태로, 한쪽 면으로부터 광을 비췄을 때 다른쪽 면으로부터 투과해 오는 광의 색상을 의미한다. 여기서의 색상은, Lab 표색계에 있어서 a값 및 b값으로서 나타낼 수 있고, 표준의 광 C를 이용하여 측정된다. 또 본 발명에서는, 편광 필름에 관해 직교 색상의 b값을 규정하고 있지만, 직교 색상의 실측은, 편광 필름의 양면에 투명 보호 필름(후술하는 실시예에서는 트리아세틸셀룰로오스 필름)을 붙인 편광판의 상태로 행하고 있다. 이 경우, 투명 보호 필름은 거의 투과율 100%라고 간주할 수 있기 때문에, 편광판의 직교 색상은 편광 필름의 직교 색상과 동일하다고 간주해도 좋다. Lab 표색계는, JIS K 5981 : 2006 「합성 수지 분체 도포막」의 「5.5 촉진 내후성 시험」에 기재된 바와 같이, 헌터의 명도 지수 L과 색상 a 및 b로 표시된다. 직교 색상의 b값은, JIS Z 8722 : 2009 「색의 측정 방법-반사 및 투과 물체색」에 규정되는 3자극치 X, Y 및 Z로부터, 이하의 식에 의해 계산할 수 있다.

b=7.0(Y-0.847Z)/Y^1/2

본 발명에서 규정하는 바의, 붕소 함유량이 1∼3.5 중량%의 범위 내에 있고, 흡수축 방향으로의 수축력이 2.8 N 이하이고, 또한 직교 색상의 b값이 -2.2∼+0.5의 범위 내에 있는 편광 필름은, 후술하는 방법에 의해 제조할 수 있다. 즉, 편광 필름의 제조 공정에 있어서, 붕산 처리 공정과 그 후에 행해지는 수세 공정 사이에 1차 건조 공정을 설정함으로써, 붕소 함유량이 비교적 적고, 흡수축 방향으로의 수축력이 작음에도 불구하고, 직교 색상이 대략 뉴트럴 그레이인 편광 필름을 제조할 수 있다. 1차 건조 공정을 행함으로써, 직교 색상이 뉴트럴 그레이인 편광 필름을 제작할 수 있는 이유는, 반드시 정해진 것은 아니지만, 예컨대 이하와 같은 이유가 추측된다.

즉, 폴리비닐알콜계 수지와 붕산의 가교 반응은, 수분을 제거함으로써 진행된다. 한편 전술한 바와 같이, 편광 필름의 직교 색상은, 필름 중의 붕소 함유량이 적어짐에 따라서 청색으로 시프트한다. 따라서, 요오드 염색 및 붕산 처리를 거친 후의 필름의 수세가 과도해지면, 필름 중의 붕소 함유량이 적어져, 직교 색상이 청색으로 시프트하기 쉬워진다. 붕산 처리 공정과 수세 공정의 사이에 1차 건조 공정을 설정하여, 거기서 필름을 건조시킴으로써, 그 공정을 설정하지 않는 경우에 비교하여, 폴리비닐알콜계 수지와 붕산의 가교 반응이 촉진되고, 특히 필름 표면에 있어서 양자가 충분히 가교한 층(가교층)이 형성된다. 이 표면의 가교층에 의해, 계속되는 수세 공정에서 폴리비닐알콜계 수지 필름 내부의 붕산이 외부로 용출되기 어려워져, 붕소 함유량의 저하가 억제되고, 직교 색상이 거의 뉴트럴 그레이인 편광 필름을 얻을 수 있다고 생각된다.

[편광 필름의 제조 방법]

이상 설명한, 붕소 함유량이 적고, 흡수축 방향으로의 수축력이 작고, 또한 직교 색상이 거의 뉴트럴 그레이인 편광 필름은, 앞서 설명한 바와 같이, 원반이 되는 폴리비닐알콜계 수지 필름에 대하여, 요오드를 흡착시키는 염색 공정, 붕산 처리 공정 및 수세 공정을 이 순서로 행하고, 또한 붕산 처리 공정 또는 그것보다 이전의 단계에서 일축 연신하는 연신 공정을 행하고, 붕산 처리 공정과 수세 공정 사이에 폴리비닐알콜계 수지 필름을 건조시키는 1차 건조 공정을 행하는 방법에 의해 제조할 수 있다. 이 때, 염색 공정전에, 폴리비닐알콜계 수지 필름을 물로 팽윤시키는 팽윤 공정을 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 수세 공정후에는 통상 최종 건조 공정이 설정된다.

도 2에, 본 발명의 편광 필름의 제조 방법에서의 장치의 바람직한 배치예를 단면 모식도로 나타냈다. 도 2는, 앞서 설명한 종래 기술을 나타내는 도 5에 비하여, 붕산 처리 공정을 행하는 고정조(17)와, 그 후의 수세 공정을 행하는 수세조(19) 사이에, 상기 1차 건조 공정을 행하는 일시 건조로(21)가 배치되어 있는 점이 상이할 뿐이다. 이 도면을 참조하면서, 본 발명에 따른 편광 필름의 제조 방법을 설명한다.

도 2에 나타낸 장치는, 폴리비닐알콜계 수지로 이루어진 원반 필름(10)이 조출 롤(11)로부터 조출되어, 팽윤 처리를 행하기 위한 팽윤조(13), 염색 처리를 행하기 위한 염색조(15) 및 붕산 처리를 행하기 위한 고정조(17)를 순차적으로 통과하도록 구성되어 있다. 고정조(17)를 거친 필름은, 상기 1차 건조를 행하기 위한 1차 건조로(21)를 통과하여 1차 건조되고, 계속해서 수세조(19)를 통과하여 미반응의 요오드나 붕산 등이 씻겨지고, 마지막으로 최종 건조로(23)를 통과하여 건조되어, 편광 필름(30)을 얻을 수 있도록 구성되어 있다. 그리고, 도면에는 명시되어 있지 않지만, 고정조(17)에서, 또는 그것보다 전에 일축 연신이 실시된다. 얻어진 편광 필름(30)은, 권취 롤(27)에 권취하는 형태가 나타나 있지만, 여기서 권취하지 않고 다음 보호 필름을 붙이는 공정에 이용할 수도 있다. 또한 도 2에는, 팽윤조(13), 염색조(15), 고정조(17) 및 수세조(19)를 각각 1조씩 설치한 예를 나타냈지만, 필요에 따라서 어떤 하나의 처리에 대하여 복수의 조를 설치해도 좋다.

편광 필름의 원료가 되는 폴리비닐알콜계 수지로 이루어진 원반 필름(10)은 통상, 도시한 바와 같이, 조출 롤(11)에 롤형으로 감겨 있고, 이 조출 롤(11)로부터 길게 풀려 나온다. 폴리비닐알콜계 수지로 이루어진 원반 필름(10)은, 그 두께가 통상 20∼100 ㎛의 범위 내, 바람직하게는 30∼80 ㎛의 범위 내이고, 또한, 그 공업상 실용적인 폭은 1,500∼6,000 mm의 범위 내이다.

〔1〕팽윤 공정

팽윤 처리를 행하는 팽윤 공정은, 원반 필름을 물에 접촉시켜 팽윤시키는 공정이다. 이 팽윤 처리는, 필름 표면에 부착된 이물질의 제거, 필름 중에 포함되는 글리세린 등의 가소제의 제거, 후속 공정에서의 이(易)염색성의 부여, 필름의 가소화 등의 목적으로 행해진다. 팽윤 처리의 조건은, 이러한 목적을 달성할 수 있는 범위에서, 또한 필름의 극단적 용해, 실투 등의 문제가 생기지 않는 범위에서 결정된다. 구체적으로는, 폴리비닐알콜계 수지로 이루어진 원반 필름(10)을, 예컨대 온도 10∼50℃, 바람직하게는 20∼50℃의 처리욕에 침지함으로써 팽윤 처리가 행해진다. 팽윤 처리의 시간은 통상 5∼300초이고, 바람직하게는 20∼240초이다.

통상 팽윤 공정에서는, 도시한 바와 같이, 처리욕이 수용된 팽윤조(13) 내에 복수의 가이드 롤러를 배치하여 폴리비닐알콜계 수지 필름을 반송한다. 또한, 필름이 폭방향으로 팽윤하여 필름에 주름이 생기는 등의 문제가 생기기 쉽기 때문에, 익스팬더롤, 스파이럴롤, 크라운롤, 클로스 가이더, 텐터 클립, 벤드바 등 공지의 확폭 장치로 필름의 주름을 제거하면서 필름을 반송하는 것이 바람직하다. 또한, 욕 중의 필름 반송을 안정화시킬 목적으로, 팽윤조(13) 중에서의 수류를 수중 샤워로 제어하거나, EPC 장치(Edge Position Control 장치 : 필름의 단부를 검출하여 필름의 사행을 방지하는 장치) 등을 병용하거나 하는 것도 유용하다.

팽윤 공정에서는, 필름의 반송 방향으로도 필름이 팽윤 확대되기 때문에, 반송 방향의 필름의 이완을 없애기 위해, 예컨대 팽윤조(13)의 전후에 있는 반송 롤의 속도를 컨트롤하는 등의 수단을 강구하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 팽윤조(13)의 입구측 반송 롤의 주속도(周速度)에 대한 출구측 반송 롤의 주속도의 비를, 처리욕의 온도에 따라서 1.2∼2배 정도로 하는 것이 바람직하다. 또한, 필요에 따라서 이 공정에서 일축 연신을 실시할 수도 있다.

팽윤조(13)에서 사용하는 처리욕은, 순수 외에, 붕산이나 염화물, 그 밖의 무기염, 수용성 유기 용매, 알콜류 등이 0.01∼10 중량%의 범위에서 첨가된 수용액이어도 좋다. 단, 상기 목적에서는, 실질적으로 용해 성분을 포함하지 않는 순수가 바람직하게 이용된다. 용해 성분이 없는 순수는, 통상의 물에 대하여 역침투막 처리를 행하는 방법 등에 의해 얻을 수 있다.

팽윤 공정에 이어서, 폴리비닐알콜계 수지 필름을 물에 침지하는 수침지 공정을 설정할 수도 있다. 전술한 바와 같이 팽윤 공정에서는, 필름이 폭방향 및 반송 방향의 쌍방으로 팽윤하게 되지만, 그 후에 수침지 공정을 설정함으로써, 필름의 폭방향에서의 흡수 상태가 정돈되어, 필름의 기계적 물성, 나아가 최종적으로 얻어지는 편광 필름의 광학 특성의 균일성이 개선될 가능성이 있다. 수침지 처리에 이용하는 처리욕은, 실질적으로 용해 성분을 포함하지 않는 순수인 것이 바람직하고, 또한 그 온도는 10∼50℃의 범위 내가 바람직하다.

〔2〕염색 공정

염색 공정은, 요오드를 포함하는 수용액(염색욕)으로 폴리비닐알콜계 수지 필름을 염색하여, 폴리비닐알콜계 수지 필름에 요오드를 흡착시키기 위해 행해진다. 이 염색 공정은, 팽윤 공정을 거친 후, 경우에 따라서는 수침지 공정을 더 거친 후의 폴리비닐알콜계 수지 필름을, 도시한 바와 같이 염색욕이 수용된 염색조(15)에 침지함으로써 통상 행해진다. 염색 처리의 조건은, 폴리비닐알콜계 수지 필름에 요오드를 흡착시키는 것이 가능한 범위에서, 또한 필름의 극단적인 용해, 실투 등의 문제가 생기지 않는 범위에서 결정할 수 있다.

염색 공정에서 사용하는 염색욕은, 물 100 중량부에 대하여 요오드를 0.003∼0.2 중량부 및 요오드화칼륨을 0.1∼10 중량부 포함하는 수용액일 수 있다. 또한, 요오드화칼륨 대신에 요오드화아연과 같은 다른 요오드화물을 이용해도 좋고, 요오드화칼륨에 더하여 다른 요오드화물을 병용해도 좋다. 또한, 붕산, 염화아연, 염화코발트 등의 요오드화물 이외의 화합물을 공존시켜도 좋다. 요오드 이외의 성분을 포함하는 경우라 하더라도, 물 100 중량부에 대하여 요오드를 0.003 중량부 이상 포함하는 수용액이라면 염색욕으로 간주할 수 있다. 염색욕의 온도(염색 온도)는 통상 10∼50℃, 바람직하게는 20∼40℃이고, 또한 염색 처리하는 시간(염색 시간)은 통상 10∼600초, 바람직하게는 30∼200초이다.

염색 공정에서도, 팽윤 공정과 마찬가지로 필름의 주름을 제거하면서 폴리비닐알콜계 수지 필름을 반송하기 위해, 익스팬더롤, 스파이럴롤, 크라운롤, 클로스 가이드, 벤드바 등의 확폭 장치를 적절하게 배치할 수 있고, 이들 장치를 이용하는 경우는, 염색조(15)의 내부 및/또는 그 출입구에 설치하면 된다.

〔3〕붕산 처리 공정

붕산 처리 공정은, 요오드 염색된 폴리비닐알콜계 수지 필름을, 붕산을 포함하는 수용액으로 처리하여 폴리비닐알콜계 수지를 가교시키는 동시에, 흡착된 요오드를 수지 중에 고정시키기 위해 행해진다. 이 공정은, 염색 공정을 거친 후의 폴리비닐알콜계 수지 필름을, 붕산을 포함하는 처리욕이 수용된 고정조(17)에 침지함으로써 통상 행해진다.

붕산 처리에 이용하는 욕(붕산 처리욕)은, 물 100 중량부에 대하여 붕산을 0.5∼15 중량부 포함하는 수용액일 수 있다. 붕산 처리욕에서의 붕산의 함유량이 지나치게 적으면, 충분한 가교 효과를 얻기 어려워지는 경향이 있고, 후술하는 수세 공정 등에 있어서 요오드가 폴리비닐알콜계 수지 필름으로부터 용출되어, 편광 필름의 직교 색상이 청색으로 시프트하기 쉬워진다. 한편, 붕산의 함유량이 지나치게 많으면, 가열 조건하에서 흡수축 방향으로의 수축력이 커지는 경향이 있고, 편광판화했을 때의, 특히 히트 사이클 시험에 대한 내구성이 저하되는 경우가 있다. 본 발명에서는, 편광 필름 중의 붕소 함유량을 1∼3.5 중량%로 적게 하는 편이기 때문에, 붕산 처리욕에서의 붕산의 함유량은, 상기 범위 중에서도 적게, 구체적으로는 물 100 중량부에 대하여 1∼3.5 중량부, 특히 2∼3.5 중량부의 범위로 하는 것이 바람직하다.

이 붕산 처리욕은, 붕산에 더하여 요오드화물을 함유하는 것이 바람직하고, 그 양은, 물 100 중량부에 대하여 통상 5∼20 중량부, 바람직하게는 8∼15 중량부이다. 붕산 처리욕에서의 요오드화물의 함유량이 적으면, 편광 필름의 직교 색상이 청색으로 시프트하기 쉬워진다. 한편, 요오드화물의 함유량이 많아지면, 붕산에 의한 가교 반응을 저해하는 경우가 있어, 역시 편광 필름의 직교 색상은 청색으로 시프트하기 쉬워진다.

이 때문에 이용하는 요오드화물은, 요오드화칼륨이나 요오드화아연 등일 수 있다. 또한, 요오드화물 이외의 화합물을 붕산 처리욕에 공존시켜도 좋고, 그 예로서, 염화아연, 염화코발트, 염화지르코늄, 티오황산나트륨, 아황산칼륨, 아황산나트륨, 황산칼륨, 황산나트륨 등을 들 수 있다. 또한, 필요에 따라서, 글리옥살, 글루탈알데히드 등, 붕산 이외의 가교제를 붕산과 함께 사용해도 좋다.

붕산 처리는, 통상 50∼70℃, 바람직하게는 53∼65℃의 온도에서 행해진다. 온도가 지나치게 낮으면 가교 반응의 진행이 불충분해지기 쉽고, 한편 온도가 지나치게 높으면, 붕산 처리욕 중에서 필름의 절단이 일어나기 쉬워져 가공 안정성이 현저하게 저하되기 쉽다. 또한, 붕산 처리의 시간은 통상 10∼600초, 바람직하게는 20∼300초, 보다 바람직하게는 20∼100초이다.

붕산 처리 공정은, 단일 고정조(17)에서 행할 수도 있지만, 앞서 언급한 특허문헌 2(일본 특허 공개 제2009-104062호 공보)에 개시된 바와 같이, 몇 개의 고정조를 이용하여 복수의 단계로 행해도 좋다. 이 경우, 최초의 고정조의 붕산 농도는, 그 후에 설치된 고정조의 농도보다 높게 하는 것이 바람직하다.

폴리비닐알콜계 수지 필름은, 붕산 처리 공정중에 일축 연신되어도 좋다. 연신 처리는 이하에 상세히 설명하지만, 통상은 기계적인 흐름 방향(반송 방향)을 따라서 실시된다. 붕산 처리 공정에 있어서 일축 연신하는 경우, 그 연신 배율은 예컨대 1.2∼3배의 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 이 때의 일축 연신은, 간격을 두고 배치된 복수조의 롤을 이용하여 다단으로 행해도 좋다.

〔4〕연신 공정

연신 공정은, 폴리비닐알콜계 수지 필름을 일축 연신하여 배향시키고, 그 배향 방향을 따라서 요오드를 배향시키기 위한 것이며, 상기에서 설명한 붕산 처리 공정 또는 그것보다 이전의 단계에서 행해진다. 구체적으로는 이 연신 공정은, 팽윤 공정, 염색 공정 및 붕산 처리 공정 중 적어도 어느 하나의 공정 중, 또는 이들 어느 공정의 전(前)단계에서 행해진다. 팽윤 공정, 염색 공정 및 붕산 처리 공정 중의 어느 공정에서 일축 연신하는 경우는, 예컨대 조 입구측의 반송 롤과 조 출구측의 반송 롤에 주속도차를 부여하는 방법 등에 의해 행할 수 있다. 한편, 팽윤 공정, 염색 공정 또는 붕산 처리 공정의 전단계에서 일축 연신하는 경우는, 각 공정전에 연신조를 설치하는 습식 연신을 채용해도 좋고, 공기중에서 연신하는 방법이나, 가열한 롤에 접촉시키면서 연신하는 방법 등, 건식 연신을 채용해도 좋다.

연신 처리는, 적어도 붕산 처리 공정에서 행하는 것이 바람직하고, 나아가 염색 공정 및 붕산 처리 공정의 양 공정에서 행하는 것이 바람직하고, 특히 팽윤 공정, 염색 공정 및 붕산 처리 공정의 각각에서 행하는 것이 보다 바람직하다. 이들 공정 중에 연신 처리를 실시하는 경우는, 폴리비닐알콜계 수지 필름을 조 내의 처리욕에 침지한 상태로 일축 연신된다. 도 2를 참조하여 설명하면, 붕산 처리 공정에서 일축 연신하는 경우는, 고정조(17) 내의 붕산 처리욕 중에서 행해지고, 마찬가지로, 염색 공정에서 일축 연신하는 경우는, 염색조(15) 내의 염색욕 중에서, 팽윤 공정에서 일축 연신하는 경우는, 팽윤조(13) 내의 처리욕 중에서 각각 행해진다.

모든 연신 공정을 거친 폴리비닐알콜계 수지 필름은, 최종적인 적산 연신 배율이 4.5∼8배가 되도록 하는 것이 바람직하고, 5∼7배가 되도록 하는 것이 보다 바람직하다. 여기서, 적산 연신 배율이란, 조출 롤(11)에 감긴 원반 필름(10)에서의 연신축 방향의 기준 길이가, 모든 연신 공정 종료후의 필름에 있어서 얼마만큼의 길이가 되는지를 의미한다. 붕산 처리 공정에서 연신하는 것 외에, 팽윤 공정이나 염색 공정에서도 연신된 경우는, 이들 연신도 포함시킨 값이 된다. 예컨대, 원반 필름에 있어서 연신축 방향의 길이가 1 m였던 부분이 모든 연신 처리 종료후에 5 m로 되어 있다면, 이 때의 적산 연신 배율은 5배가 된다.

〔5〕1차 건조 공정

본 발명에서는, 붕산 처리 공정과 후술하는 수세 공정 사이에 1차 건조 공정이 행해진다. 이 1차 건조 공정은, 붕산 처리된 폴리비닐알콜계 수지 필름에 포함되는 수분의 비율, 즉 수분율을 조정할 목적으로 행해진다.

여기서, 수분율이란, 폴리비닐알콜계 수지 필름의 건조 중량에 대한 필름 중의 수분의 비율(중량%)을 의미하며, 필름의 일부를 절취한 샘플을 가열 오븐 등으로 건조시킴으로써 측정할 수 있다. 구체적으로는, 절취한 샘플의 건조전의 무게와 건조후의 무게로부터, 하기 식(2)로 정의한다.

수분율=[(건조전의 무게-건조후의 무게)/건조후의 무게]×100 (2)

상기 식(1)에서 정의한 수분 감소율은, 상기 식(2)를 이용하여 산출한 1차 건조 공정전의 폴리비닐알콜계 수지 필름의 수분율을 W₀, 1차 건조 공정후의 폴리비닐알콜계 수지 필름의 수분율을 W₁로 했을 때, 양자로부터 산출되는 값이다.

1차 건조 공정에서는, 상기 폴리비닐알콜계 수지 필름의 수분 감소율이 5∼95 중량%, 나아가 30∼80 중량%가 되도록 건조시키는 것이 바람직하다. 수분 감소율이 5 중량%를 하회하면, 폴리비닐알콜계 수지 필름의 건조가 불충분해져, 얻어지는 편광 필름의 직교 색상이 청색으로 시프트하기 쉬운 경향이 있다. 한편, 수분 감소율이 95 중량%를 상회하면, 폴리비닐알콜계 수지 필름의 건조가 과도해지고, 얻어지는 편광 필름의 흡수축 방향으로의 수축력이 커져, 편광판의 파단 등이 생기기 쉬운 경향이 있다.

도 2를 참조하여 1차 건조 공정을 설명하면, 고정조(17)에서 나온 필름은 1차 건조로(21)로 유도되고, 거기서 가열되어 1차 건조 처리가 실시된다. 이 때의 가열은, 예컨대, 폴리비닐알콜계 수지 필름에 열풍을 분사하는 방법, 폴리비닐알콜계 수지 필름을 발열 부재에 직접 접촉시키는 방법, 폴리비닐알콜계 수지 필름에 복사 에너지를 조사하는 방법 등에 의해 행할 수 있다.

열풍을 분사하는 경우는, 예컨대 열풍을 분사하는 열풍 노즐이 가열 수단이 되고, 그것으로부터 폴리비닐알콜계 수지 필름에 직접 열풍을 분사하면 된다. 이 방법에 의하면, 폴리비닐알콜계 수지 필름의 표면의 수분을 열풍으로 날리면서 건조시킬 수 있기 때문에, 특히 필름 표면을 효율적으로 건조시키는 것이 가능해진다.

폴리비닐알콜계 수지 필름을 발열 부재에 직접 접촉시키는 경우는, 예컨대 가열한 롤(열롤)이 가열 수단이 되고, 거기에 폴리비닐알콜계 수지 필름을 감아 필름을 가열하면 된다. 이 방법에 의하면, 폴리비닐알콜계 수지 필름에 발열 부재를 직접 접촉시키고 있기 때문에, 필름의 가열 온도를 균일하게 하는 것이 가능해져, 건조 불균일 등이 생기기 어려워진다.

복사 에너지를 조사하는 경우는, 예컨대 적외선 히터가 가열 수단이 되고, 그것으로부터 복사 에너지를 폴리비닐알콜계 수지 필름에 조사함으로써, 필름 자체를 발열시켜 건조시키면 된다. 이 방법에 의하면, 폴리비닐알콜계 수지 필름 자체를 발열시켜 건조시키기 때문에, 필름의 내부도 포함하여 전체를 균일하게 가열하는 것이 가능해진다.

상기 방법은, 단독으로 실시해도 좋고, 상이한 복수의 방법을 조합해도 좋다. 또한, 폴리비닐알콜계 수지 필름의 양면을 건조시킬 수 있도록, 필름의 양측에 상기 가열 수단을 배치하는 것이 바람직하다.

1차 건조는, 예컨대 이동하고 있는 필름에 히터의 열을 쬐는 것 같은 형태로 환경 분위기중(외기)에서 행할 수도 있지만, 그 경우는, 외기에 의한 가열 효율의 저하나, 외기의 변화에 의한 건조 불균일 등이 발생하기 쉽다. 이러한 것을 방지하기 위해서는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 건조로(21)의 내부에서 행하는 것이 바람직하고, 특히 건조로의 내부를 폐쇄한 폐쇄계에서 행하는 것이 바람직하다. 특히, 열풍이나 복사 에너지를 이용하는 방법은, 외기에 의한 영향이 커지기 쉽기 때문에, 폐쇄계에서 건조 처리를 실시하는 것이 바람직하다. 단, 필름을 열롤 등에 직접 접촉시키는 방법과 같이 외기의 영향이 적은 경우는, 건조로의 내부를 폐쇄하지 않거나 또는 건조로 자체를 설치하지 않는 해방계에서 건조를 행하는 것도 가능하다.

1차 건조 공정에서의 건조 온도는 40∼300℃가 바람직하고, 특히 50∼100℃가 바람직하다. 이 건조 온도는, 상기와 같은 폐쇄계라면 건조로 내에서 측정된 온도로 정의할 수 있다. 또한, 해방계라면 가열 수단(열롤 등) 자체의 온도로 정의할 수 있다.

1차 건조 공정에서의 건조 시간은 1∼100초 정도, 바람직하게는 3∼30초이다. 이 건조 시간은, 폐쇄계라면 폴리비닐알콜계 수지 필름이 건조로 내에 들어가고 나서 나올 때까지의 시간, 해방계라면 폴리비닐알콜계 수지 필름이 가열 수단의 열을 받을 수 있는 위치에 근접 또는 가열 수단에 접촉하고 나서, 가열 수단의 열을 받기 어려운 위치로 멀어지는 또는 가열 수단과 비접촉이 될 때까지의 시간으로 정의할 수 있다.

1차 건조 공정은, 하나의 가열 수단에 의해 1단계로 행해도 좋고, 몇 개의 가열 수단을 연속으로 설치하여 복수의 단계로 행해도 좋다. 또한, 복수의 단계로 건조를 행하는 경우는, 각 단계에서의 건조 온도가 동일해도 좋고 상이해도 좋지만, 뒤쪽의 건조 단계일수록 건조 온도가 높아지도록 온도 구배를 부여하는 것이 바람직하다.

〔6〕수세 공정

수세 공정은, 1차 건조 공정을 거친 폴리비닐알콜계 수지 필름을 세정하기 위해 행해진다. 구체적으로는, 폴리비닐알콜계 수지 필름에 부착된 여분의 붕산이나 요오드 등의 약제가 이 수세 처리에 의해 제거된다. 수세 처리의 조건은, 물의 온도가 통상 2∼40℃이고, 처리 시간이 통상 2∼120초이다.

수세의 방법으로서, 예컨대 폴리비닐알콜계 수지 필름을 물에 침지하는 방법 및 물을 샤워로서 폴리비닐알콜계 수지 필름에 분사하는 방법 등을 들 수 있다. 또한, 이들 방법을 병용하여 수세 처리를 실시할 수도 있다.

수세 공정은, 도 2와 같이 하나의 수세조를 배치하여 1단계로 행해도 좋고, 몇 개의 수세조를 직렬로 배치하여 복수의 단계로 행해도 좋다. 수세 공정을 복수의 단계로 행하는 경우는, 상류에 배치한 어떤 처리욕에 무기염의 수용액을 이용해도 좋다. 이 무기염은 예컨대, 요오드화칼륨, 요오드화나트륨, 요오드화아연, 염화아연, 황산나트륨, 아황산나트륨 등에서 선택하여 이용할 수 있다. 또한, 이들 무기염은 1종류만 사용해도 좋고, 복수종을 병용해도 좋다.

수세 공정에서는, 팽윤 공정과 마찬가지로 필름의 주름을 제거하면서 폴리비닐알콜계 수지 필름을 반송하기 위해, 폴리비닐알콜계 수지 필름에 대하여 그 기계적인 유동 방향을 따라서 장력을 부여하는 것이 바람직하다. 그 때의 장력은, 예컨대 300∼1,000 N/m이 바람직하다.

수세 공정에서의 폴리비닐알콜계 수지 필름의 반송 속도는, 최적의 속도를 적절하게 선택할 수 있지만, 예컨대 주행 속도 5∼30 m/분으로 할 수 있다. 폴리비닐알콜계 수지 필름의 반송 속도가 30 m/분보다 빨라지면, 롤 상에서 필름이 미끄러지기 쉬워지는 경향이 있어, 안정된 연신이 어려워지는 등의 문제가 생기기 쉬운 경향이 있다.

또한, 수세 공정중에 일축 연신 처리를 실시해도 좋다. 여기서 연신하는 경우, 그 연신 배율은 예컨대 1.05∼1.2배로 할 수 있다.

〔7〕최종 건조 공정

최종 건조 공정은, 수세 공정후의 폴리비닐알콜계 수지 필름을 가열하여 건조시키기 위해 행해진다. 이에 따라, 목적물인 편광 필름을 얻을 수 있다. 최종 건조 처리에서 행하는 건조 처리 방법으로는, 상기 1차 건조 공정에서 예를 든 방법을 이용할 수 있다.

최종 건조 처리의 조건은, 온도 40∼100℃, 바람직하게는 50∼100℃로 유지된 건조로 내에서, 처리 시간 30∼600초 정도로 하는 것이 바람직하다. 또, 복수의 건조로를 이용하여 건조 처리를 실시해도 좋다. 이 경우는, 각각의 건조로의 온도가 동일해도 좋고 상이해도 좋지만, 바람직하게는 후단의 건조로로 갈수록 로 내의 온도가 높아지도록 온도 구배를 부여하는 것이 바람직하다.

최종 건조 공정을 거친 편광 필름은, 필요에 따라서 도 2에 나타내는 권취 롤(27)에 권취되어 보관되거나, 또는 여기서 권취되지 않고 다음 보호 필름을 붙이는 공정에 그대로 공급되어, 편광 필름의 표면에 보호층이 형성된 편광판까지 제조된다. 또, 최종적으로 얻어지는 편광 필름의 두께는, 예컨대 2∼40 ㎛ 정도로 할 수 있다.

[편광판]

이상의 방법에 의해 제조되는 본 발명의 편광 필름은, 그 적어도 한쪽 면에 보호층을 형성하여 편광판으로 할 수 있다. 도 3에는, 본 발명의 편광판의 층구성예를 단면 모식도로 나타냈다. 이 도면에 나타낸 바와 같이, 편광판(40)은, 편광 필름(30)과, 이 편광 필름의 적어도 한쪽 면에 형성된 보호층(35)을 구비하고 있다. 보호층(35)은, 편광 필름(30)의 표면의 마모 손상 방지나 보강 등의 기능을 갖는 부재이며, 투명 수지로 구성되는 것이 바람직하다. 보호층(35)은, 편광 필름(30)의 한쪽 면에만 형성하는 경우도 있지만, 바람직하게는 도시한 바와 같이 편광 필름(30)의 양면에 형성된다.

보호층(35)은, 투명 수지를 필름형으로 제막한 보호 필름이어도 좋고, 활성 에너지선 등으로 경화하는 성질의 수지를 경화시킨 경화층이어도 좋다.

보호 필름에 이용되는 투명 수지의 예로는, 메타크릴산메틸계 수지 등의 아크릴계 수지, 올레핀계 수지, 폴리염화비닐계 수지, 셀룰로오스계 수지, 스티렌계 수지, 아크릴로니트릴ㆍ부타디엔ㆍ스티렌계 공중합 수지, 아크릴로니트릴ㆍ스티렌계 공중합 수지, 폴리아세트산비닐계 수지, 폴리염화비닐리덴계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리아세탈계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 변성 폴리페닐렌에테르계 수지, 폴리에스테르계 수지(폴리부틸렌테레프탈레이트계 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트계 수지 등), 폴리술폰계 수지, 폴리에테르술폰계 수지, 폴리아릴레이트계 수지, 폴리아미드이미드계 수지, 폴리이미드계 수지, 에폭시계 수지, 옥세탄계 수지 등을 들 수 있다. 이들 수지는, 투명성이나 편광 필름과의 접착성을 저해하지 않는 범위에서 첨가물을 함유할 수 있다. 일반적인 보호층(35)으로는, 상기 수지 중 셀룰로오스계 수지, 특히 트리아세틸셀룰로오스가 바람직하게 이용된다.

보호층(35)을 경화층으로 구성하는 경우, 경화성 화합물은, 양이온 중합성의 경화성 화합물이어도 좋고, 라디칼 중합성의 경화성 화합물이어도 좋다. 양이온 중합성의 경화성 화합물의 예로서, 분자 내에 적어도 하나의 에폭시기를 갖는 에폭시 화합물, 분자 내에 적어도 하나의 옥세탄 고리를 갖는 옥세탄 화합물 등을 들 수 있다. 또한, 라디칼 중합성의 경화성 화합물의 예로서, 분자 내에 적어도 하나의 (메트)아크릴로일옥시기를 갖는 (메트)아크릴계 화합물 등을 들 수 있다. 이와 같은 경화성 화합물을 함유하는 경화성 수지 조성물은, 활성 에너지선의 조사나 가열에 의해 경화되며, 투명성, 기계적 강도, 열안정성 등이 우수한 투명 보호층을 제공한다.

본 발명의 편광판에 이용되는 보호층의 두께는, 얇은 편이 바람직하지만, 너무 얇으면 강도가 저하되어 가공성이 떨어지는 것이 되고, 한편 지나치게 두꺼우면, 투명성이 저하되거나, 적층후에 필요한 양생 시간이 길어지거나 하는 등의 문제가 생기기 쉽다. 따라서, 보호층의 적당한 두께는, 예를 들면 5∼200 ㎛이고, 바람직하게는 10∼150 ㎛, 보다 바람직하게는 10∼100 ㎛이다.

보호층(35)으로서 보호 필름을 이용하는 경우는 통상, 접착제를 이용하여 편광 필름(30)의 표면에 보호 필름이 접합된다. 접착제로는, 에폭시계 수지, 옥세탄계 수지, 우레탄계 수지, 시아노아크릴레이트계 수지, 아크릴아미드계 수지 등을 접착제 성분으로 하는 것을 이용할 수 있다. 속경화성 및 이에 따른 편광판의 생산성 향상의 관점에서, 접착제층을 형성하는 바람직한 접착제의 예로서, 활성 에너지선의 조사로 경화하는 활성 에너지선 경화성 접착제를 들 수 있다. 예컨대, 에폭시 화합물을 경화성 성분으로 하고, 여기에 광라디칼 중합 개시제를 배합한 것은, 바람직한 활성 에너지선 경화성 접착제의 하나이다. 또한, 접착제층을 얇게 하는 관점에서, 접착제로서 수계 접착제, 즉 접착제 성분을 물에 용해한, 또는 접착제 성분을 물에 분산시킨 접착제를 이용할 수도 있다. 바람직한 수계 접착제로는, 예컨대 주성분으로서 폴리비닐알콜계 수지 또는 우레탄 수지를 이용한 수계 조성물을 들 수 있다.

편광 필름(30)에 접착제를 통해 투명 보호 필름을 접합하는 경우, 접착제와 편광 필름 및/또는 보호 필름과의 접착성을 향상시키기 위해, 편광 필름 및/또는 투명 보호 필름에, 코로나 처리, 화염 처리, 플라즈마 처리, 자외선 처리, 프라이머 도포 처리, 비누화 처리 등의 표면 처리를 실시하는 것도 유효하다.

보호층(35)으로서 경화층을 이용하는 경우는, 예컨대 경화성 수지 조성물을 편광 필름의 표면에 도공하고, 이것을 활성 에너지선의 조사 등으로 경화시키는 방법에 의해 보호층을 형성할 수 있다. 경화성 수지 조성물의 도공에는, 닥터블레이드, 와이어바, 다이코터, 콤마코터, 그라비아코터 등 각종 도공 방식을 채용할 수 있다.

보호층(35)에는, 편광 필름(30)의 보호 기능뿐만 아니라, 다른 각종 기능을 겸비한 기능성 필름을 이용할 수도 있다. 이러한 필름의 기능으로서, 예컨대 방현, 반사 방지, 저반사, 오염 방지, 대전 방지 등을 들 수 있다. 또한, 보호층(35)에 위상차를 발현시킴으로써, 보호 기능을 겸비한 위상차층으로 할 수도 있다.

[액정 표시 장치]

이상 설명한 편광판(40)은, 액정 패널의 구성 부재로서 사용할 수 있다. 도 4는, 액정 패널(60) 및 이것을 적용한 액정 표시 장치(90)의 기본적인 층구성의 예를 나타내는 단면 모식도이다. 이 도면을 참조하여 액정 표시 장치를 설명하면, 편광판(40)은 액정 셀(50)에 접합되어 액정 패널(60)의 구성 부품이 되고, 액정 패널(60)은 액정 표시 장치(90)의 구성 부재가 된다. 일반적으로, 액정 패널(60)은, 액정 셀(50)과, 액정 셀(50)의 배면측에 접합된 편광판(40)과, 액정 셀(50)의 시인측에 접합된 다른 1장의 편광판(41)으로 구성되어 있다. 도 4에는, 도 3에 나타낸 본 발명의 편광판(40)이 액정 셀(50)의 배면측에 배치되는 예를 나타내고 있지만, 물론 시인측에 배치되어도 좋다.

액정 표시 장치(90)는, 액정 패널(60), 광확산판(70) 및 백라이트(80)로 구성된다. 액정 표시 장치(90)에 있어서, 액정 패널(60)은, 편광판(40)이 백라이트(80)측이 되도록, 즉 한쪽 보호층(35)이 광확산판(70)과 대향하도록 배치된다. 편광판(40)은, 점착제층(38)을 통해 액정 셀(50)에 접합되어 있다. 여기서, 배면측이란, 액정 패널(60)을 액정 표시 장치(90)에 탑재했을 때의 백라이트(80)측을 의미한다. 또한, 시인측이란, 액정 패널(60)을 액정 표시 장치(90)에 탑재했을 때의 백라이트(80)와는 반대측을 의미한다.

액정 표시 장치를 구성하는 부품에 관해 설명한다. 액정 셀(50)은, 유리 기판 사이에 액정 물질을 봉입한 셀을 전기적으로 제어함으로써 화상을 표시시키는 소자이다. 액정 셀로는, VA 모드, IPS 모드, 블루상(相)의 액정을 이용한 액정 구동 모드 등 공지의 모드를 채용할 수 있다.

광확산판(70)은, 백라이트(80)로부터의 광을 확산시켜 액정 패널(60)에 보내는 기능을 갖는 광학 부재이다. 광확산판(70)은, 예컨대 열가소성 수지에 광확산제인 입자를 분산시켜 광확산성을 부여한 것, 열가소성 수지 필름의 표면에 요철을 형성하여 광확산성을 부여한 것, 열가소성 수지 필름의 표면에 입자가 분산된 수지 조성물의 도포층을 형성하여 광확산성을 부여한 것 등으로 구성할 수 있다. 광확산판(70)은, 통상 0.1∼5 mm 정도의 두께로 할 수 있다.

백라이트(80)는, 액정 셀(50)에 광을 조사하기 위한 장치이며, 엣지라이트 방식이나 직하형 방식 등이 있다. 엣지라이트 방식의 백라이트는, 측면에 배치한 냉음극관이나 LED 등의 광원으로부터 도광판을 통하여 액정 셀(50)에 광을 조사한다. 또한, 직하형 방식의 백라이트에서는, 액정 셀(50)의 배면측 바로 아래에 광원을 배치하여 액정 셀에 광을 조사한다. 백라이트의 종류는, 액정 표시 장치의 용도에 따른 것을 적절하게 선택하여 채용할 수 있다.

광확산판(70)과 액정 패널(60) 사이에는, 휘도 향상 시트(반사형 편광 필름인 3M사에서 판매하고 있는 "DBEF" 등), 광확산 시트 등의 다른 광학 기능성을 나타내는 시트 또는 필름을 배치할 수도 있다. 다른 광학 기능성을 나타내는 시트 또는 필름은, 필요에 따라서 2장 이상, 또한 복수 종류 배치하는 것도 가능하다.

실시예

이하에 실시예를 나타내어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다. 예 중 함유량 내지 사용량을 나타내는 % 및 부는, 특별히 기재하지 않는 한 중량 기준이다.

[실시예 1]

폴리비닐알콜로 이루어진 원반 필름에 대하여, 이하의 각 처리를 실시하여 편광 필름을 제조했다. 원반 필름으로는, 중합도 2,400, 비누화도 99.9 몰%, 두께 60 ㎛의 폴리비닐알콜 필름이며 (주)쿠라레에서 판매하고 있는 "쿠라레 비닐론 VF-PE#6000"(상품명)을 이용했다.

우선, 상기 원반 필름을 온도 30℃의 순수에 68초간 침지하여 팽윤시킨 후, 요오드/요오드화칼륨/물의 중량비가 0.063/2/100인 수용액에 30℃에서 80초간 침지하여 염색했다. 그 후, 요오드화칼륨/붕산/물의 중량비가 11/2/100인 수용액에 56℃에서 71초간 침지하여 붕산 처리를 행했다.

붕산 처리후의 필름은 건조로를 통과시켜 1차 건조를 행했다. 이 건조로에서는, 필름의 양면에 노즐로부터 열풍이 분사되도록 되어 있고, 노즐로부터 분출되는 열풍의 풍속은 15.5 m/초, 풍량은 4 ㎥/분이다. 건조로의 온도는 80℃, 체류 시간은 2초로 했다. 1차 건조후에는, 10℃의 순수를 채운 수세조에 필름을 2초간 침지함으로써 세정했다. 마지막으로, 60℃에서 3분간 건조시켜, 폴리비닐알콜에 요오드가 흡착 배향하고 있는 편광 필름을 제작했다. 그 동안, 염색 공정과 붕산 처리 공정에서 주로 연신 처리를 행하며, 원반 필름으로부터의 적산 연신 배율은 5.8배였다.

[실시예 2∼10]

1차 건조의 온도 및 체류 시간을 표 1에 나타내는 대로 변경한 것 외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 편광 필름을 제작했다.

[비교예 1]

1차 건조를 행하지 않고, 붕산 처리후의 필름을 즉시 수세조로 유도한 것 외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 편광 필름을 제작했다.

[비교예 2]

붕산 처리에 이용하는 수용액의 조성을, 요오드화칼륨/붕산/물의 중량비로 11/4/100으로 변경한 것 외에는, 비교예 1과 동일하게 하여 편광 필름을 제작했다.

[평가 시험]

이상의 실시예 및 비교예에서 제작한 편광 필름 또는 제조 도중의 필름에 대하여, 이하의 방법으로 물성 측정을 행하여 평가했다.

(a) 필름의 수분율 측정과 1차 건조에서의 수분 감소율의 산출

각 예에서의 수세조에 들어가기 직전의 필름으로부터 일부를 재단하여, 수분율 측정용 샘플로 했다. 이 샘플의 초기(건조전) 중량을 측정하고 나서, 야마토과학(주) 제조의 건조 오븐 "MODEL DK-42"에 넣고 105℃에서 1시간의 조건으로 건조시킨 후, 건조 오븐으로부터 꺼내어 건조후의 필름 중량을 측정했다. 그리고, 건조전과 건조후의 필름 중량으로부터, 상기 식(2)에 의해 필름의 수분율을 구했다. 1차 건조를 행하지 않은 비교예 1에 있어서, 수세조에 들어가기 직전(즉 붕산 처리가 끝난 상태)의 필름의 수분율은, 각 실시예에 있어서 1차 건조에 들어가기 직전(즉 붕산 처리가 끝난 상태)의 필름의 수분율로 간주할 수 있기 때문에, 이것을 W₀로 하여, 각 실시예에 있어서 수세조에 들어가기 직전(즉 1차 건조를 거친 후)의 필름의 수분율을 W₁로 하고, 이들 값을 상기 식(1)에 대입하여, 각 실시예의 1차 건조에 의한 수분 감소율을 산출했다. 결과를 표 1에 정리했다.

(b) 직교 색상의 b값의 측정

각 예에서 얻어진 편광 필름의 양면에 두께 80 ㎛의 트리아세틸셀룰로오스로 이루어진 보호 필름을 접합하여 편광판을 제작했다. 이렇게 하여 얻어진 편광판을 2장 이용하여 서로 흡수축이 직교하도록 크로스니콜로 배치하고, 일본분광(주) 제조의 분광 광도계 "V-7100"를 이용하여 직교 색상의 b값을 측정했다. 결과를 표 1에 정리했다.

(c) 편광 필름의 붕소 함유량

고주파 유도 결합 플라즈마(ICP) 발광 분광 분석법에 의해 각 예에서 얻어진 편광 필름 중의 붕소(B)량을 정량하고, 편광 필름의 중량에 대한 붕소의 중량 백분률을 산출하여 편광 필름 중의 붕소 함유량으로 했다. ICP 발광 분광 분석에는 (주)시마즈제작소 제조의 "ICPS-8100"를 이용했다. 결과를 표 1에 정리했다.

(d) 흡수축 방향으로의 수축력(MD 수축력)

각 예에서 얻어진 편광 필름으로부터 흡수축 방향(MD)을 긴 변으로 하고, 폭 2 mm, 길이 10 mm의 크기로 재단하여 측정용 샘플로 했다. 에스아이아이ㆍ나노테크놀로지(주) 제조의 열기계 분석 장치(TMA) "EXSTAR-6000"에 상기 샘플을 세팅하고, 치수를 일정하게 유지한 채 80℃에서 240분간 가열했을 때에 발생하는 흡수축 방향(긴 변 방향, 즉 MD)의 수축력(MD 수축력)을 측정했다. 결과를 표 1에 정리했다.

표 1의 결과로부터, 1차 건조를 행한 실시예 1∼10은, 붕산 처리까지 동일한 방법이며 1차 건조를 행하지 않은 비교예 1에 비교하여, 직교 색상의 b값이 제로 부근, 구체적으로는 -2.0∼+0.4의 범위 내로 되어 있다. 이러한 점에서, 1차 건조를 행함으로써, 얻어지는 편광 필름의 직교 색상의 b값이 청색으로 크게 시프트하지 않아, 양호한 뉴트럴 그레이를 실현할 수 있는 것을 알 수 있다.

또한, 1차 건조에 의한 수분 감소율이 20%를 하회하는 실시예 7 및 8은, 직교 색상의 b값이 -1.8 이하가 되어 청색으로 약간 시프트하고 있다. 한편, 1차 건조에 의한 수분 감소율이 80%를 상회하는 실시예 9 및 10은, MD 수축력이 2.2 N 이상으로 약간 커졌다. 이에 비해, 1차 건조에 의한 수분 감소율이 30∼80%의 범위에 있는 실시예 1∼6은, 모두 직교 색상의 b값이 -1∼0의 범위 내이고 또한 MD 수축력이 2.1 N 이하로 되어 있다. 이러한 점에서, 수분 감소율이 30∼80%가 되도록 1차 건조를 행함으로써, 얻어지는 편광 필름은 직교 색상과 수축력 모두 양호한 특성을 갖춘 것이 되는 것을 알 수 있다.

또, 붕산 처리욕에서의 붕산 농도가 상이한 비교예 1과 비교예 2를 비교하면, 붕산 농도가 높은 수용액을 이용한 비교예 2가, 편광 필름 중의 붕소 함유량이 많아져 직교 색상의 b값이 제로에 가까워지지만, MD 수축력은 3.5 N으로 커진다. 이러한 점에서, 편광 필름 중의 붕소 함유량이 많아질수록, 편광 필름의 수축력이 커서 파단하기 쉬워지는 것을 알 수 있다.

이상, 본 발명에 의하면, 저수축이고 또한 색상에 문제가 적은 편광 필름 및 편광판을 얻을 수 있다. 그리고, 이 편광판은 액정 표시 장치를 비롯한 각종 표시 장치에 유효하게 적용할 수 있다.

1 : 수축력을 구할 때의 시험편,
5 : 시험편의 흡수축,
S : 수축력,
10 : 폴리비닐알콜계 수지의 원반 필름,
11 : 조출 롤,
13 : 팽윤조,
15 : 염색조,
17 : 고정조,
19 : 수세조,
21 : 1차 건조로,
23 : 최종 건조로,
27 : 권취 롤,
30 : 편광 필름,
35 : 보호층,
38 : 점착제,
40, 41 : 편광판,
50 : 액정 셀
60 : 액정 패널,
70 : 광확산판,
80 : 백라이트

Claims (9)

1. 폴리비닐알콜계 수지 필름에 요오드가 흡착 배향하고 있는 편광 필름으로서,
   붕소 함유량이 1∼3.5 중량%의 범위 내에 있고,
   흡수축 방향을 긴 변으로 하는 2 mm×10 mm의 크기로 재단하여 80℃에서 4시간 가열했을 때, 그 흡수축 방향으로의 수축력이 2.8 N 이하이고, 또한
   직교 색상의 b값이 -2.2∼+0.5의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 편광 필름.
2. 제1항에 있어서, 상기 수축력이 2.1 N 이하이며, 상기 직교 색상의 b값이 -1.0∼0의 범위 내에 있는 편광 필름.
3. 폴리비닐알콜계 수지 필름에 대하여, 요오드를 흡착시키는 염색 공정, 붕산 처리 공정 및 수세 공정을 이 순서로 행하고, 또한 상기 붕산 처리 공정 또는 그것보다 이전의 단계에서 일축 연신하는 연신 공정을 행하여, 편광 필름을 제조하는 방법으로서,
   상기 붕산 처리 공정과 상기 수세 공정 사이에 상기 폴리비닐알콜계 수지 필름을 건조시키는 1차 건조 공정을 행하는 것을 특징으로 하는 편광 필름의 제조 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 1차 건조 공정은, 그 1차 건조 공정에 들어가기 직전의 폴리비닐알콜계 수지 필름의 수분율을 W₀, 그 1차 건조 공정을 거친 후 수세 공정에 들어가기 전의 폴리비닐알콜계 수지 필름의 수분율을 W₁로 했을 때, 하기 식(1) :
   수분 감소율=〔(W₀-W₁)/W₀〕×100 (1)
   로 표시되는 수분 감소율이 5∼95 중량%의 범위 내가 되도록 행해지는 제조 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 1차 건조 공정은, 상기 수분 감소율이 30∼80 중량%의 범위 내가 되도록 행해지는 제조 방법.
6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 1차 건조 공정은, 40∼300℃의 온도에서 1∼100초간 행해지는 제조 방법.
7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 1차 건조 공정은, 상기 폴리비닐알콜계 수지 필름에 대하여, 열풍을 분사하는 수단, 발열 부재에 직접 접촉시키는 수단 및 복사 에너지를 조사하는 수단으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 수단에 의해 행해지는 제조 방법.
8. 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수세 공정을 거친 후의 상기 폴리비닐알콜계 수지 필름에 대하여, 최종 건조 공정을 행하는 제조 방법.
9. 제1항 또는 제2항에 기재된 편광 필름과, 그 편광 필름의 적어도 한면에 형성된 투명 보호층을 구비하는 것을 특징으로 하는 편광판.

Images