KR20140147033A - 다층 광학 필름, 그 제조방법 및 이를 포함하는 편광판 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 열 가소성 아크릴계 수지 조성물 100 중량부에 대하여, 트리아진계 자외선 흡수제 0.01 중량부 내지 2.0 중량부를 포함하는 열 가소성 아크릴계 수지 조성물로 형성된 제1필름층; 트리아졸(Triazole)계, 벤조페논(Benzophenon)계, 옥사닐라이드(Oxanilide)계 및 시아노아크릴(Cyanoacryl)계 자외선 흡수제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 자외선 흡수제 0.1 중량부 내지 5.0 중량부를 포함하는 열 가소성 아크릴계 수지 조성물로 형성된 제2필름층; 및 트리아진계 자외선 흡수제 0.01 중량부 내지 2.0 중량부를 포함하는 열 가소성 아크릴계 수지 조성물로 형성된 제3필름층을 포함하는 다층 광학 필름, 그 제조방법 및 이를 포함하는 편광판에 관한 것이다.

Description

다층 광학 필름, 그 제조방법 및 이를 포함하는 편광판{MULTILAYER OPTICAL FILMS, METHOD OF PRODUCING THE SAME AND POLARIZER COMPRISING THE SAME}
본 발명은 다층 광학 필름, 그 제조방법 및 이를 포함하는 편광판에 관한 것이다.
최근 광학 기술의 발전에 따라 종래의 브라운관(CRT)를 대체하는 플라즈마 디스플레이(PDP), 액정 디스플레이(LCD), 유기 EL 디스플레이(LED) 등과 같은 다양한 디스플레이 기술이 제안되고 시판되고 있다. 한편, 이러한 디스플레이 장치들에는 편광필름, 편광자 보호 필름, 위상차 필름, 도광판, 플라스틱 기판과 같은 다양한 폴리머 필름들이 사용되고 있으며, 이러한 디스플레이용 폴리머 소재는 그 요구 특성이 한층 고도화되고 있는 추세이다.
한편, 현재 액정표시장치와 같은 화상표시장치에서 사용되는 편광판은 일반적으로 폴리비닐 알코올 편광자를 보호하기 위한 보호 필름으로 트리아세틸셀룰로오스 필름(이하, TAC 필름)을 주로 사용하고 있다. 그러나, TAC 필름은 내습열성이 충분하지 않아, 고온 또는 고습 하에서 사용되면 필름 변형에 의해 편광도나 색상 등의 편광판 특성이 저하된다는 문제점을 가지고 있다. 따라서, 최근에는 편광자 보호 필름의 재료로 TAC 필름 대신 내습열성이 우수한 투명성 아크릴계 수지 필름을 사용하는 방안이 제안되었다.
또한, 이러한 아크릴계 필름에 자외선 흡수제를 첨가하여 자외선 흡수 성능을 갖게 함으로써, 편광자가 자외선에 의해 열화되는 것을 방지하는 기술도 제안되었다. 이러한 종래의 아크릴 필름의 경우, 자외선 흡수제로 벤조트리아졸(benzotriazol)계 화합물, 벤조페논(benzophenone)계 화합물, 벤조트리아진(Benzotriazine)계 화합물, 시아노 아크릴레이트(cyano acrylate)계 화합물 또는 살리실산계 화합물 등이 사용될 수 있음이 알려져 있다.
그러나 상기 알려진 자외선 흡수제들은 대부분 고온 가공 시에 분해되기 때문에 자외선 흡수 능력이 떨어질 뿐 아니라, 자외선 흡수제의 열 분해에 의해 수지 및 필름이 황변되는 문제가 있다.
특히, 상기 벤조트리아진(Benzotriazine)계 화합물은 자외선 B영역(315nm ~ 280nm) 흡수능은 높지만, 자외선 A영역(400nm ~ 315nm) 흡수능이 낮은 특성을 갖기 때문에, 자외선 A 영역 흡수능을 높이기 위해서는 과량으로 첨가해야 한다. 그러나, 이와 같이 과량의 자외선 흡수제를 첨가시킬 경우 아크릴 필름 제조과정에서 압출기의 높은 온도와 압력을 받아 용융되어 나온 아크릴 수지가 티-다이(T-die)를 지나 캐스팅 롤(Casting Roll)을 거치는 과정에서 갑자기 식을 때 자외선 흡수제가 분해되면서 필름 밖으로 빠져 나와 캐스팅 롤에 묻는 현상인 마이그레이션이 심하였으며, 그 결과 열분해 되는 자외선 흡수제가 필름에도 묻어나게 되어 필름 외관이 불량해지는 문제점이 있다.
더욱이, 상기 알려진 자외선 흡수제들은 분자량 및 유리전이온도가 낮기 때문에 이를 아크릴 수지에 다량 첨가하면 수지 조성물의 유리전이온도가 크게 저하되어 내열성이 떨어지거나, 광학 필름의 광학 물성에 악영향을 미칠 수 있다.
따라서, 자외선 흡수 성능이 우수하면서도 높은 유리전이온도(Tg)값을 가지며, 착색 및 오염 문제가 발생하지 않도록 광학 필름을 제조할 수 있는 기술의 개발이 요구된다.
본 발명은, 내열성이 우수하고, 자외선 흡수 성능이 우수하면서도, 높은 경제성을 가지는 다층 광학 필름, 그 제조방법 및 이를 포함하는 편광판을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 일 측면에서, 본 발명은, 열 가소성 아크릴계 수지 조성물 100 중량부에 대하여, 트리아진계 자외선 흡수제 0.01 중량부 내지 2.0 중량부를 포함하는 열 가소성 아크릴계 수지 조성물로 형성된 제1필름층; 트리아졸(Triazole)계, 벤조페논(Benzophenon)계, 옥사닐라이드(Oxanilide)계 및 시아노아크릴(Cyanoacryl)계 자외선 흡수제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 자외선 흡수제 0.1 중량부 내지 5.0 중량부를 포함하는 열 가소성 아크릴계 수지 조성물로 형성된 제2필름층; 및 트리아진계 자외선 흡수제 0.01 중량부 내지 2.0 중량부를 포함하는 열 가소성 아크릴계 수지 조성물로 형성된 제3필름층을 포함하는 다층 광학 필름을 제공한다.
다른 측면에서, 본 발명은, 상기한 바와 같은 제1필름층, 제2필름층 및 제3필름층을 공압출하는 단계, 상기 공압출된 필름을 연신하는 단계를 포함하는 다층 광학 필름 제조방법을 제공한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은, 편광자 및 상기 편광자의 적어도 일면에 구비된 보호필름을 포함하는 편광판으로서, 상기 보호필름 중 적어도 하나가 상기 제1필름층, 제2필름층 및 제3필름층을 포함하는 다층 광학 필름인 편광판을 제공한다.
본 발명에 따른 다층 광학 필름은, 내열성이 우수하고, 자외선 흡수 성능이 우수하면서도, 높은 경제성을 가진다.
또한, 본 발명에 따른 다층 광학 필름의 제조방법에 의하는 경우, 필름 제조공정 및 연신공정을 연속식으로 구성할 수 있으므로 생산성이 향상되고, 별도의 추가 공정 없이 원하는 자외선 투과도를 갖는 광학 필름 제조가 용이하므로 높은 경제성이 있으며, 이에 의해 제조된 광학 필름은 기계적 강도 및 충격 강도가 매우 우수하다.
또한, 본 발명의 편광판은, 편광자 및 상기 편광자의 적어도 일면에 구비된 보호필름을 포함하며, 상기 보호필름 중 적어도 하나가 상기 제1필름층, 제2필름층 및 제3필름층을 포함하는 다층 광학 필름인 것으로 내구성이 우수하다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 다층 광학 필름을 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
본 발명의 발명자들은 자외선 차단 효과가 우수하면서, 동시에 투명도, 색감 및 내열성과 같은 물성도 우수하고, 높은 자외선 흡수 성능을 가지며, 경제성이 우수한 광학 필름을 개발하기 위해 연구를 거듭한 결과, 본 발명의 다층 광학 필름을 개발하기에 이르렀다.
즉, 본 발명의 발명자들은, 광학 필름을 다층으로 제조하고, 각 필름 층의 자외선 흡수제의 종류 및 성분을 선택적으로 사용함으로써, 자외선 흡수 성능이 우수하면서도, 높은 경제성 및 열 안정성을 갖는 본 발명에 따른 다층 광학 필름을 완성하였다.
일 측면에서, 본 발명은, 열 가소성 아크릴계 수지 조성물 100 중량부에 대하여, 트리아진계 자외선 흡수제 0.01 중량부 내지 2.0 중량부를 포함하는 열 가소성 아크릴계 수지 조성물로 형성된 제1필름층; 트리아졸(Triazole)계, 벤조페논(Benzophenon)계, 옥사닐라이드(Oxanilide)계 및 시아노아크릴(Cyanoacryl)계 자외선 흡수제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 자외선 흡수제 0.1 중량부 내지 5.0 중량부를 포함하는 열 가소성 아크릴계 수지 조성물로 형성된 제2필름층; 및 트리아진계 자외선 흡수제 0.01 중량부 내지 2.0 중량부를 포함하는 열 가소성 아크릴계 수지 조성물로 형성된 제3필름층을 포함하는 다층 광학 필름을 제공한다.
도 1에는 본 발명의 다층 광학 필름의 일 구현예가 개시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다층 광학 필름은, 제1필름층(10), 제2필름층(20) 및 제3필름층(30)의 다층 구조를 갖는다. 상기와 같은 다층 구조의 광학 필름은 각 필름 층의 구성을 달리하여 제조할 수 있는 장점이 있다. 즉, 제1필름층 및 제3필름층에는 내열성이 뛰어난 트리아진계 자외선 흡수제를 포함시키고, 제2필름층에는 자외선 흡수 성능이 우수한 트리아졸(Triazole)계, 벤조페논(Benzophenon)계, 옥사닐라이드(Oxanilide)계 및 시아노아크릴(Cyanoacryl)계 자외선 흡수제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 자외선 흡수제를 포함시킴으로써, 내열성과 자외선 흡수 성능이 모두 우수한 광학 필름을 제조할 수 있다. 특히, 매우 고가인 트리아진계 자외선 흡수제를, 상기와 같은 다층 광학 필름의 일부 층에만 소량 사용하여도 내열성이 우수한 광학 필름을 얻을 수 있으므로, 광학 필름의 생산 단가를 낮출 수 있어 경제적인 측면에서 매우 유리한 장점이 있다.
한편, 상기 제1필름층 및 제3필름층을 형성하는 열 가소성 아크릴계 수지 조성물은, 트리아진계 자외선 흡수제의 함량이 열 가소성 아크릴계 수지 조성물 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 내지 2.0 중량부 범위일 수 있다. 제1필름층 및 제3필름층에 포함되는 트리아진계 자외선 흡수제의 함량이 상기 수치범위를 만족하는 경우에는, 다층 광학 필름의 제조과정 중 압출기에서 높은 온도와 압력을 받아 용융되어 나온 아크릴 수지가 티-다이(T-die)를 지나 캐스팅 롤(Casting Roll)을 거치는 과정에서 갑자기 식을 때 자외선 흡수제가 분해되면서 필름 밖으로 빠져 나와 캐스팅 롤에 묻는 현상인 마이그레이션이 발생하지 않으므로, 자외선 흡수제가 필름의 오염원으로 작용하는 것을 방지할 수 있다. 이를 통해 외관 특성이 우수하며, 동시에 자외선 흡수 성능도 우수한 다층 광학 필름을 얻을 수 있다. 또한, 고가의 트리아진계 자외선 흡수제를 소량만 첨가하여도 우수한 내열성을 갖는 광학 필름을 얻을 수 있으므로 제조 원가를 낮출 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있는 장점도 있다.
또한, 상기 제2필름층을 형성하는 열 가소성 아크릴계 수지 조성물은, 트리아졸(Triazole)계, 벤조페논(Benzophenon)계, 옥사닐라이드(Oxanilide)계 및 시아노아크릴(Cyanoacryl)계 자외선 흡수제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 자외선 흡수제의 함량이 열 가소성 아크릴계 수지 조성물 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 5.0 중량부 범위일 수 있다. 제2필름층에 포함되는 자외선 흡수제의 함량이 상기 수치범위를 만족하는 경우 수지 조성물의 유리전이온도가 큰 폭으로 저하되는 것을 방지할 수 있어, 본 발명의 다층 광학 필름은 내열 특성 및 자외선 흡수 성능이 매우 우수하다.
특히, 본 발명에서, 상기 제1필름층 및 제3필름층에 포함되는 자외선 흡수제의 함량이 상기 수치범위를 초과하여 과량으로 첨가되거나, 제2필름층에 포함되는 자외선 흡수제의 함량이 상치 수치범위를 초과하여 과량으로 첨가되는 경우에는 제1필름층 및 제2필름층을 형성하는 열 가소성 수지 조성물 간 또는 제3필름층 및 제2필름층을 형성하는 열 가소성 아크릴계 수지 조성물 간의 용융 점도 차이가 심하게 발생할 수 있고, 이 경우 다층 광학 필름의 각 계면에 물결 무늬가 발생하여 필름의 외관 특성이 불량해지는 문제점이 발생할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 다층 광학 필름에 있어서, 상기 제1필름층 및 제3필름층에 포함되는 트리아진계 자외선 흡수제는 280nm 내지 400nm 파장 범위에서 자외선 흡수 성능이 10% 내지 80% 범위인 것이면 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들면, 히드록시기를 포함하는 벤조트리아진계 화합물 및 탄소수 1 내지 20인 유기 잔기를 1종 이상 포함하는 벤조트리아진계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기한 바와 같이, 벤조트리아진계 화합물이 히드록시기 또는 탄소수 1 내지 20인 유기 잔기를 1종 이상 포함하는 경우, 상기 트라이진계 자외선 흡수제의 최대 흡수 파장(λmax)이 380nm 파장대역 근방인 장파장 영역으로 이동하는 작용을 하기 때문에 필름에 포함되는 자외선 흡수제의 함량을 최소화 할 수 있는 측면에서 매우 유리한 효과가 있다.
특히, 상기 제1필름층 및 제3필름층을 형성하는 열 가소성 수지 조성물에 포함되는 트리아진계 자외선 흡수제는, 중량분자량이 300 내지 2,000인 것이 바람직하다. 트리아진계 자외선 흡수제의 중량분자량이 상기 수치범위를 만족하는 경우, 자외선 흡수제와 열 가소성 아크릴계 수지 조성물과의 상용성이 우수하고, 형성된 제1필름층 및 제3필름층의 기계적, 열적 물성이 우수한 장점이 있다.
한편, 본 발명에 따른 다층 광학 필름에 있어서, 상기 제1필름층 및 제3필름층은, 광학 필름의 두께 60㎛로 환산하여 측정한 경우, 380nm 파장에서 직진 광 투과율이 10% 내지 30% 일 수 있다. 380nm 파장의 경우 UVA 영역이라 하는데, 이는 오존층에 흡수되지 않고, 강도(Intensity) 또한 매우 높기 때문에 반드시 차단해야 할 필요가 있다. 따라서, 상기와 같은 조건에서 제1필름층 및 제3필름층의 직진 광 투과율이 상기 수치범위를 만족하는 경우, 자외선 흡수 성능, 특히 UVA 영역의 자외선 흡수 성능이 우수한 광학 필름을 얻을 수 있다.
또한, 상기 제1필름층 및 제3필름층은, 광학 필름의 두께 60㎛로 환산하여 측정한 경우, 290nm 파장에서 직진 광 투과율이 3% 내지 12% 일 수 있다. 290nm 파장의 경우 UVB 영역이라 하는데, 이는 대부분이 오존층에 흡수되지만, 파장이 짧은 만큼 에너지가 강하기 때문에 지표에 도달하는 양이 적을지라도 차단해야 할 필요가 있다. 따라서, 상기와 같은 조건에서 제1필름층 및 제3필름층의 직진 광 투과율이 상기 수치범위를 만족하는 경우 자외선 흡수 성능, 특히 UVB 영역의 자외선 흡수 성능이 우수한 광학 필름을 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 다층 광학 필름에 있어서, 상기 제2필름층의 자외선 흡수제는 280nm 내지 400nm 파장 범위에서 자외선 흡수 성능이 10% 내지 80% 범위인 것이면 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들면, 트리아졸(Triazole)계, 벤조페논(Benzophenon)계, 옥사닐라이드(Oxanilide)계 및 시아노아크릴(Cyanoacryl)계 자외선 흡수제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 특히, 본 발명에서 제2필름층에 포함되는 자외선 흡수제는 히드록시기와 아크릴로니트릴기 및 염소 원소를 포함하는 트리아졸계 화합물 및 탄소수 1 내지 20의 유기 잔기를 1종 이상 포함하는 트리아졸계 화합물 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것이 광학 필름의 자외선 흡수 성능을 향상시키는 측면, 즉 자외선 흡수제의 함량을 최소화하면서도, 원하는 자외선 흡수 성능을 갖는 광학 필름을 얻을 수 있으므로 보다 바람직하다.
또한, 상기 제2필름층을 형성하는 열 가소성 수지 조성물에 포함되는 자외선 흡수제는, 중량평균분자량이 100 내지 1000 또는 200 내지 800인 것이 바람직하다. 제2필름층에 포함되는 자외선 흡수제의 중량평균분자량이 상기 수치범위를 만족하는 경우 자외선 흡수제의 열 안정성이 우수하여, 수지 조성물의 열 안정성도 우수하며, 비점이 높아 자외선 흡수제의 첨가량 제어가 용이하고, 형성된 제2필름층의 기계적, 열적 물성이 우수하기 때문이다.
한편, 본 발명에 따른 다층 광학 필름에 있어서, 상기 제2필름층은, 광학 필름의 두께 60㎛로 환산하여 측정한 경우, 380nm 파장에서 직진광 투과율이 1% 내지 15% 일 수 있다. 상기와 같은 조건에서 제2필름층의 직진 광 투과율이 상기 수치범위를 만족하는 경우, 자외선, 특히 UVA 영역의 자외선에 의한 편광소자의 변성을 방지할 수 있으므로, UVA 영역의 자외선이 편광자의 광학 물성에 악영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 제2필름층은, 광학 필름의 두께 60㎛로 환산하여 측정한 경우, 290nm 파장에서 직진광 투과율이 0.1% 내지 7% 일 수 있다. 상기와 같은 조건에서 제2필름층의 직진 광 투과율이 상기 수치범위를 만족하는 경우, 자외선, 특히 UVB 영역의 자외선에 의한 편광소자의 변성을 방지할 수 있으므로, UVB 영역의 자외선이 편광자의 광학 물성에 악영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 열 가소성 아크릴계 수지는, (a)알킬(메트)아크릴레이트계 단위와 (b)스티렌계 단위를 포함하는 공중합체를 포함한다. 또한, 상기 열 가소성 아크릴계 수지는 주쇄에 카보네이트 부를 갖는 방향족계 수지를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 알킬(메트)아크릴레이트계 단위는 연신 과정에서 필름에 부의 면 내 위상차(Rin)와 음의 두께 방향 위상차(Rth)를 약한 정도로 부여하고, 상기 스티렌계 단위는 강한 부의 면 내 위상차(Rin)와 음의 두께 방향 위상차(Rth)를 부여할 수 있다. 한편, 주쇄에 카보네이트 부를 갖는 방향족계 수지는 정의 면 내 위상차(Rin) 특성 및 양의 두께 방향 위상차(Rth) 특성을 부여할 수 있다.
여기서, 부의 면내 위상차란 연신 방향과 면내에서 수직한 방향으로 굴절률이 가장 커지는 것을 의미하고, 정의 면내 위상차란 연신방향으로 굴절율이 가장 커지는 것을 의미하며, 음의 두께 방향 위상차는 두께 방향의 굴절율이 면 방향 평균 굴절률보다 큰 것을 의미하고, 양의 두께 방향 위상차는 면 내 평균 굴절률이 두께 방향 굴절률보다 큰 것을 의미한다.
전술한 각 단위의 특성에 의해, 이로부터 제조되는 광학 필름의 위상차 특성은 각 성분들의 조성, 연신 방향, 연신비 및 연신방법에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 상기 각 성분의 조성과 연신 방법을 조절하여, 특히 제로(0) 위상차 필름, 즉 보호 필름으로 사용할 수 있는 다층 광학 필름을 제조할 수 있다.
한편, 본 명세서에서 공중합체라 함은, 본 명세서에서 '단위'로 언급된 요소가 단량체로 중합되어 공중합체 수지 내에서 반복 단위로서 포함되는 것을 의미하며, 본 명세서에서 상기 공중합체는 블록 공중합체 또는 랜덤 공중합체일 수 있으나, 공중합 형태가 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에서 '알킬(메트)아크릴레이트계 단위' 의미는, '알킬아크릴레이트계 단위' 및 '알킬메타크릴레이트계 단위'를 모두 포함하는 것으로, 이로써 한정되는 것은 아니나, 광학적 투명성, 상용성, 가공성 및 생산성을 고려할 때, 상기 알킬(메트)아크릴레이트계 단위의 알킬 부(moiety)는 탄소수가 1 내지 10인 것이 바람직하고, 탄소수가 1 내지 4인 것이 더욱 바람직하며, 메틸기 또는 에틸기인 것이 더욱 바람직하다. 보다 구체적으로, 상기 알킬(메트)아크릴레이트계 단위는 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 이소프로필메타크릴레이트, n-부틸메타크릴레이트, t-부틸메타크릴레이트, 히드록시에틸메타크릴레이트, 이소보닐메타크릴레이트 및 시클로헥실메타크릴레이트로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이때, 상기 알킬(메트)아크릴레이트계 단위는 공중합체 100 중량부를 기준으로 70 중량부 내지 98 중량부 정도를 포함하며, 82 중량부 내지 97 중량부 정도를 포함하는 것이 더욱 바람직하다. 함량이 상기 범위를 만족하는 경우, 광학 필름의 투과도 및 내열성이 우수한 필름을 얻을 수 있으며, 연신 시 발생하는 복굴절성을 최소화할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 있어서, 상기 (b)스티렌계 단위는 각 단량체 간의 중합 효율을 향상시킬 수 있고, 이를 포함하는 수지 조성물에 의해 제조된 필름은 연신 위상차를 보다 용이하게 제어할 수 있어서 우수한 복굴절성을 가진 제로 위상차 필름을 얻을 수 있다.
이때, 상기 (b)스티렌계 단위로는, 치환되지 않은 스티렌 단량체 또는 치환된 스티렌 단량체일 수 있다. 상기 치환된 스티렌 단량체는 벤젠고리 또는 비닐기에 지방족 탄화수소 또는 헤테로 원자를 포함하는 치환기로 치환된 스티렌일 수 있다. 예를 들면, 스티렌, α-메틸스티렌, 3-메틸스티렌, 4-메틸스티렌, 2,4-디메틸스티렌, 2,5-디메틸스티렌, 2-메틸-4-클로로스티렌, 2,4,6-트리메틸스티렌, cis-β-메틸스티렌, trans-β-메틸스티렌, 4-메틸-α-메틸스티렌, 4-플루오르-α-메틸스티렌, 4-클로로-α-메틸스티렌, 4-브로모-α-메틸스티렌, 4-t-부틸스티렌, 2-플루오르스티렌, 3-플루오르스티렌, 4-플루오로스티렌, 2,4-디플루오로스티렌, 2,3,4,5,6-펜타플루오로스티렌, 2-클로로스티렌, 3-클로로스티렌, 4-클로로스티렌, 2,4-디클로로스티렌, 2,6-디클로로스티렌, 옥타클로로스티렌, 2-브로모스티렌, 3-브로모스티렌, 4-브로모스티렌, 2,4-디브로모스티렌, α-브로모스티렌 및 β-브로모스티렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 보다 바람직하게는, C1 -4 알킬 또는 할로겐으로 치환된 스티렌을 사용할 수 있다. 보다 상세하게 상기 스티렌계 단량체는 스티렌, α-메틸스티렌, p-브로모 스티렌, p-메틸 스티렌 및 p-클로로 스티렌으로 이루어진 군으부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으며, 가장 바람직하게는 스티렌, α-메틸스티렌 및 p-메틸 스티렌이다.
상기 스티렌계 단량체의 함량은 상기 공중합체 100 중량부를 기준으로 0.1 중량부 내지 10 중량부 정도인 것이 바람직하며, 0.5 중량부 내지 5 중량부 정도를 포함하는 것이 더욱 바람직하다. 스티렌계 단량체의 함량이 상기 범위를 만족할 경우, 필름의 연신 위상차 조절이 용이하여 필름의 광학적 특성 면에서 보다 바람직한 효과를 얻을 수 있기 때문이다.
한편, 본 발명에 있어서, 상기 주쇄에 카보네이트 부를 갖는 방향족계 수지는 하기 [화학식 I]로 표시되는 적어도 1종의 단위를 5 내지 10,000 개 포함하는 것이 바람직하다.
[화학식 I]
Figure pat00001
상기 식에서, X는 적어도 하나의 벤젠 고리를 포함하는 2가 기이다. 보다 상세하게, 상기 X는 하기 구조식으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 2가 기인 것이 바람직하다.
Figure pat00002
한편, 상기 주쇄에 카보네이트 부를 갖는 방향족계 수지는 위상차 조절을 위해 첨가되는 것으로 전체 열 가소성 아크릴계 수지 조성물 100 중량부를 기준으로 0.1 중량부 내지 10 중량부 정도의 함량으로 포함될 수 있으며, 1 중량부 내지 5 중량부 정도로 포함되는 것이 보다 바람직하다. 상기 주쇄에 카보네이트 부를 갖는 방향족계 수지가 이보다 적은 양으로 포함되는 경우 연신 필름의 두께 방향 위상차가 양의 방향으로 증가되는 문제가 있으며, 이를 초과하는 양으로 포함되는 경우 연신 필름의 두께 방향 위상차가 음의 방향으로 증가되는 문제가 있다. 또한, 10 중량부를 초과하는 경우에는, 열 가소성 아크릴계 수지 조성물과 상용성이 저하하여, 백화 현상이 발생하는 문제가 있다. 따라서, 주쇄에 카보네이트 부를 갖는 방향족계 수지의 함량이 상기 수치범위를 만족하는 경우, 하기 [식 1]로 정의되는 면 방향 위상차(Rin)의 절대값 및 하기 [식 2]로 정의되는 두께 방향 위상차(Rth)의 절대값을 각각 5nm, 바람직하게는 3nm, 더욱 바람직하게는 0이 되도록 함량을 조절하여 첨가할 수 있다.
[식 1] Rin = (nx - ny) × d,
[식 2] Rth = (nz - ny) × d
상기 [식 1] 및 [식 2]에 있어서,
nx는 광학 필름의 면 방향 굴절율 중 가장 큰 굴절율이고,
ny는 광학 필름의 면 방향 굴절율 중 nx와 수직인 방향의 굴절율이고,
nz는 두께 방향의 굴절율이고,
d는 필름의 두께이다.
이때, 상기 공중합체 수지와 주쇄에 카보네이트 부를 갖는 방향족계 수지를 포함하는 본 발명의 수지 조성물은, 예를 들면, 컴파운딩법과 같은 당해 기술 분야에 잘 알려진 방법을 이용하여 제조될 수 있다.
나아가, 상기 (a)알킬(메트)아크릴레이트계 단위와 (b)스티렌계 단위를 포함하는 공중합체는 이를 이용하여 제조되는 필름에 우수한 내열성을 제공할 수 있는 측면에서, (c)적어도 하나의 카르보닐기로 치환된 3원소 내지 6원소 헤테로고리 단위를 추가로 포함하는 것이 바람직하며, 상기 헤테로고리 단위는 말레산 무수물, 말레이미드, 글루탈산 무수물, 글루탈이미드, 락톤 및 락탐으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 또한, 상기 (c)적어도 하나의 카르보닐기로 치환된 3원소 내지 6원소 헤테로고리 단위와 상기 (a)알킬(메트)아크릴레이트계 단위가 공중합체를 구성하는 경우 공중합체 수지와 주쇄에 카보네이트 부를 갖는 방향족계 수지와의 상용성을 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 (c)적어도 하나의 카르보닐기로 치환된 3원소 내지 6원소 헤테로고리 단위는, 보다 구체적으로 예를 들면, 에틸 말레이미드, n-부틸 말레이미드, t-부틸 말레이미드, 시클로헥실 말레이미드, 페닐 말레이미드 등과 같은 말레이미드 유도체인 것이 바람직하며, 페닐 말레이미드계 단위인 것이 특히 바람직하다. 페닐 말레이미드계 단위는 치환되어 있는 페닐기의 영향으로 단량체의 화학적인 구조가 일정하여 (a)알킬(메트)아크릴레이트계 단위와 (b)스티렌계 단위 와 공중합체 형성이 용이하고, 내열성을 향상시킬 수 있으며, 중합시간이 상대적으로 짧은 장점이 있기 때문이다.
한편, 상기 페닐 말레이미드계 단위의 구체적인 예로는 페닐말레이미드, 니트로페닐 말레이미드, 모노클로로페닐 말레이미드, 디클로로페닐 말레이미드, 모노메틸페닐 말레이미드, 디메틸페닐 말레이미드, 및 에틸메틸페닐 말레이미드로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것이 바람직하다.
이때, 상기 (c)적어도 하나의 카르보닐기로 치환된 3원소 내지 6원소 헤테로고리 단위는 공중합체 수지 100 중량부에 대하여, 0.1 중량부 내지 10 중량부의 함량으로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 적어도 하나의 카르보닐기로 치환된 3원소 내지 6원소 헤테로고리 단위의 함량이 상기 수치범위를 만족하는 경우 광학 필름의 내열성이 우수하고, 수지 특성이 불안정(brittle)하게 되어 제조된 광학 필름이 부러지기 쉬운 상태가 되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명에 있어서, 상기 열 가소성 아크릴계 공중합체는, 수지 조성물에 중합 안정성 및 열 안정성과 연신된 필름에 강인성을 부여하기 위하여, 알킬아크릴레이트계 단위를 더 포함할 수 있다. 이 구조 단위를 도입함으로써, 이형성 등의 성형 가공성이 향상하고, 공정 중 열에 의한 중량 감소를 방지하는 등 내열성이 뛰어난 조성물을 얻을 수 있다.
이때, 상기 알킬아크릴레이트계 단량체의 알킬 부(moiety)는 시클로알킬기 또는 치환된 알킬기일 수 있고, 탄소수가 1 내지 10 정도인 것이 바람직하며, 1 내지 6인 것이 더욱 바람직하고, 메틸기 또는 에틸기인 것이 가장 바람직하다. 구체적으로 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 이소프로필아크릴레이트 n-부틸아크릴레이트, t-부틸아크릴레이트, 시클로헥실 아크릴레이트, 이소보닐 아크릴레이트, 히드록시메틸 아크릴레이트 또는 히드록시에틸 아크릴레이트일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 알킬아크릴레이트계 단위는 열 가소성 아크릴계 공중합체 100 중량부를 기준으로 0.1 중량부 내지 5 중량부 정도를 포함할 수 있으며, 0.5 중량부 내지 3.0 중량부 정도를 포함하는 것이 더욱 바람직하다. 알킬아크릴레이트계 단위의 함량이 상기 범위일 경우, 공중합체 형성시 (a)알킬(메트)아크릴레이트계 단위와 (c)적어도 하나의 카르보닐기로 치환된 3원소 내지 6원소 헤테로고리 단위간 중합이 용이하고, 수지 용융 과정에서 발생할 수 있는 열 분해 현상을 극복할 수 있으며, 필름 연신 시 강인성을 부여하여 연신 공정이 용이하게 진행되는 효과가 있으므로 매우 유리하다.
한편, 본 발명의 실시형태에서 사용되는 열 가소성 아크릴계 수지는, 유리전이온도가 70℃ 이상이면 매우 적합하게 사용할 수 있다. 펠렛의 흡습을 더욱 억제하기 위하여, 열 가소성 아크릴계 수지의 유리전이온도는 110℃ 이상인 것이 바람직하고, 예를 들면, 115℃ 이상, 120℃ 이상 또는 125℃ 이상일 수 있다. 열 가소성 아크릴계 수지의 유리전이온도가 높으면 높을수록, 펠렛의 융착이 일어나는 온도가 높아지기 때문에, 보다 높은 온도에서 펠렛 제조가 가능하므로, 결과적으로 보다 함수량이 낮은 열 가소성 아크릴계 수지 펠렛을 제조할 수 있다.
다음으로, 상기 자외선 흡수제는 그 형상이 특별히 한정되는 것은 아니나, 예를 들면 파우더(powder), 과립(granule) 또는 플래이크(flake) 또는 액상(Liquid)등일 수 있다.
본 발명에 따른 다층 광학 필름에 있어서, 각 필름 층을 구성하는 필름의 유리전이온도 차이는 2℃ 이하일 수 있다. 각 필름 층을 구성하는 필름의 유리전이온도 차이가 상기 수치범위를 만족하는 경우 각 필름 층의 열팽창 계수 차이로 인해, 다층 광학 필름에 휨(bending) 및 컬(curl) 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 다층 광학 필름은, 380nm 파장에서 자외선 투과율이 1% 내지 10% 범위일 수 있다. 380nm 파장에서 자외선 투과율이 상기 수치범위를 만족하는 경우, 이는 400nm 내지 800nm의 가시광선 영역, 특히 400nm 파장대역 근방에서의 자외선 흡수능이 우수한 것을 나타내므로, 이 근방에서의 광 투과도가 감소하는 것을 방지할 수 있고, 이러한 다층 광학 필름을 적용한 편광판의 내구성을 향상시킬 수 있다. 이와 관련하여, 400nm 파장대역 근방의 자외선 투과율이 높아지는 경우, 즉, 광 투과도가 감소하는 경우에는 상대적으로 붉은 계열의 빛이 더 도드라지게 되어, 필름이 누렇게 변하는 황변 현상이 발생할 수 있고, 이로 인해 편광판의 색상 변화 및 편광소자의 변성이 발생할 수 있기 때문이다.
본 발명에 따른 다층 광학 필름은, 제1필름층, 제2필름층 및 제3필름층을 공압출한 것일 수 있다. 다층 광학 필름을 상기와 같이 공압출 공정으로 제조하는 경우, 별도의 추가 공정 없이 원하는 자외선 흡수 성능을 갖는 광학 필름 제조가 가능하며, 각 층의 두께 조절 및 자외선 흡수제 함량 조절이 용이하다는 장점이 있다.
본 발명에 따른 다층 광학 필름은, 광학 필름의 두께 60㎛로 환산하여 측정한 경우, 550nm 파장에서 직진 광 투과율이 80% 이상일 수 있고, 보다 구체적으로는 85% 내지 100%일 수 있다. 상기 다층 광학 필름을 광학 필름의 두께 60㎛로 환산하여, 550nm 파장에서 측정한 직진 광 투과율이 상기 수치범위를 만족하는 경우, 편광판의 투과도가 향상되어 시인성이 우수하고, 색상 변화를 방지하며, 콘트라스트비(Contrast ratio, CR)가 감소하여 액정 패널의 선명도가 우수하다.
또한, 상기 다층 광학 필름은, 광학 필름의 두께 60㎛로 환산하여 측정한 경우, 380nm 파장에서 직진 광 투과율이 0.1% 내지 15%, 보다 바람직하게는 0.1% 내지 10% 일 수 있다. 상기 다층 필름을 광학 필름의 두께 60㎛로 환산하여, 380nm 파장에서 측정한 직진 광 투과율이 상기 수치범위를 만족하는 경우, 자외선 흡수 성능, 특히 UVA 영역의 자외선 흡수 성능이 우수하므로, 이와 같은 광학 필름을 편광판에 적용하는 경우, UVA 영역의 자외선에 의한 편광 소자의 변성을 방지할 수 있다.
나아가, 상기 다층 광학 필름은, 광학 필름의 두께 60㎛로 환산하여 측정한 경우, 290nm 파장에서 직진 광 투과율이 0.01% 내지 5%, 보다 바람직하게는 0.01% 내지 4% 일 수 있다. 상기 다층 필름을 광학 필름의 두께 60㎛로 환산하여, 290nm 파장에서 측정한 직진광 투과율이 상기 수치범위를 만족하는 경우, 자외선 흡수 성능, 특히 UVB 영역의 자외선 흡수 성능이 우수하므로, 이와 같은 광학 필름을 편광판에 적용하는 경우, UVB 영역의 자외선에 의한 편광 소자의 변성을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 다층 광학 필름은, 제1필름층 및 제3필름층의 자외선 흡수제의 성분은 동일하고, 제2필름층의 자외선 성분을 상이하게 하는 방식으로, 각 필름 층의 자외선 흡수제의 성분을 선택적으로 사용함으로써, 자외선 흡수 성능이 우수하면서도, 높은 경제성 및 열 안정성을 갖는 장점이 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 다층 광학 필름의 제조방법을 설명한다.
다른 측면에서 본 발명은, 전술한 제1필름층, 제2필름층 및 제3필름층을 공압출하는 단계; 및 상기 공압출된 필름을 연신하는 단계를 포함하는 다층 광학 필름의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 광학 필름의 제조방법에 있어서, 상기 제1필름층, 제2필름층 및 제3필름층을 공압출하는 단계는 연속 공정으로 다층 광학 필름을 얻기 위한 것으로, 공압출에 의해 수행될 수 있다. 보다 구체적으로 예를 들면, 공압출 T 다이법, 공압출 인플레이션법, 공압출 라미네이션법 등에 의해 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
특히, 상기 제1필름층, 제2필름층 및 제3필름층을 공압출하는 단계는 공압출 T 다이법에 의해 수행될 수 있다. 예를 들면, 제2필름층을 형성하는 상기 열 가소성 아크릴계 수지 조성물은 직경이 32φ 이고, L/D가 40인 이축 형태의 제1압출기를 이용하여 압출을 수행할 수 있고, 제1필름층 및 제3필름층을 형성하는 상기 열 가소성 수지 조성물은 직경이 30φ 이며 L/D가 28인 일축 형태의 제2압출기를 이용하여 압출을 수행할 수 있다. 상기 제1압출기 및 제2압출기에서 각각 용융된 수지는 압출기 이후 피드 블록 유닛(Feed Block Unit)에서 합류하여 각각 용융 흐름층을 형성하고, 티-다이(T-die)를 통해 다층필름으로 성형될 수 있다. 여기서, L/D는 스크류(screw)의 전체 길이를 스크류 직경으로 나눈 값을 의미한다.
한편, 상기 공압출 수행시 압출 온도는, 수지가 압출 제막에 적합한 용융 점도가 되도록 적절하게 선택되는데, 제1필름층, 제2필름층 및 제3필름층 모두 220℃ 내지 290℃ 또는 240℃ 내지 280℃ 일 수 있다. 또한, 상기 다층 광학 필름에서 제1필름층 및 제2필름층과의 온도차이 또는 제3필름층 및 제2필름층과의 압출 온도차는, 각 필름 층의 수지가 T 다이 내 또는 피드 블록 내에서 접촉했을 때에, 온도 변화에 의해서 용융 점도가 과도하게 변화하여, 성형성이 악화하지 않도록, 30℃ 이내 또는 20℃ 이내일 수 있다.
또한, 상기 제1필름층, 제2필름층 및 제3필름층을 형성하는 열 가소성 아크릴계 수지 조성물의 용융 점도는 용융 온도 265℃, 전단 속도 100ℓ/s의 조건에서 200 Pa·s 내지 900 Pa·s일 수 있으며, 이때 제1필름층 및 제2필름층을 형성하는 열 가소성 아크릴계 수지 조성물 간의 용융 점도 차 또는 제3필름층 및 제2필름층을 형성하는 열 가소성 아크릴계 수지 조성물 간의 용융 점도 차는, 성형성, 특히 각 층의 두께의 균일성을 확보하기 위해서 300 Pa·s 이내, 바람직하게는 50 Pa·s 내지 200 Pa·s 일 수 있다. 각 필름층을 구성하는 용융 수지의 점도 차이가 300 Pa·s 를 초과하는 경우, 각 필름층 계면에서 전단 속도 차이에 의한 물결 무늬 발생으로 필름의 외관 품질이 불량해지는 문제점이 있기 때문이다.
본 발명의 다층 광학 필름에 이용되는 열 가소성 아크릴계 수지는, 공압출에 의한 열융착에 의해, 제1필름층, 제2필름층 및 제3필름층이 직접 접한 상태에서 충분한 밀착 강도를 얻을 수 있다. 또한 연신 처리를 한 후에도, 상기 제1필름층, 제2필름층 및 제3필름층의 밀착성은 양호하게 유지된다.
한편, 상기 다층 광학 필름의 제조방법에 있어서, 모든 필름 층이 공압출에 의해 제조되는 것으로 한정되는 것은 아니며, 제1필름층 또는 제3필름층은, 예를 들면 코팅 및 경화하여 형성될 수도 있다.
다음으로, 상기 공압출된 필름을 연신하는 단계를 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 광학 필름의 제조방법에 있어서, 상기 공압출된 필름을 연신하는 단계에서의 연신 공정은 종 방향(MD) 연신, 횡 방향(TD) 연신을 각각 수행할 수도 있고, 모두 수행할 수도 있다. 또한, 종 방향 연신과 횡 방향 연신을 모두 수행하는 경우에, 어느 한 쪽을 먼저 연신한 후에 다른 방향으로 연신할 수도 있고, 두 방향을 동시에 연신할 수도 있다. 또한, 상기 연신은 한 단계로 수행될 수도 있고, 다단계에 걸쳐 이루어질 수도 있다. 종 방향 연신의 경우, 롤 사이의 속도 차에 의한 연신을 수행할 수 있으며, 횡 방향 연신의 경우 텐타를 사용할 수 있다. 텐타의 레일 개시각은 통상 10° 이내로 하여, 횡 방향 연신 시에 생기는 보잉(Bowing) 현상을 억제하고 광학 축의 각도를 규칙적으로 제어한다. 횡 방향 연신을 다 단계로 수행할 경우에도 보잉 억제 효과를 얻을 수 있다. 상기와 같은 연신 과정을 통해 필름의 위상차 특성을 조절할 수 있다.
본 발명에 따른 광학 필름의 제조방법에 있어서, 상기 공압출된 필름을 연신하는 단계에서의 연신 배율은, 종 방향(MD)으로 1.3배 내지 3.5배, 1.5배 내지 3.0배 또는 1.7배 내지 2.7배일 수 있다. 종 방향 연신 배율이 상기 수치범위를 만족하는 경우 필름의 취급성이 우수하고, 연신 필름의 파단을 방지할 수 있다. 한편, 본 명세서에서, 종 방향(MD, Machine Direction)은 필름 진행 방향을 의미한다.
또한, 상기 공압출된 필름을 연신하는 단계에서의 연신 배율은, 횡 방향(TD)으로 1.3배 내지 3.5배, 1.5배 내지 3.0배 또는 1.7 내지 2.7배일 수 있다. 횡 방향 연신 배율이 상기 수치범위를 만족하는 경우 필름의 취급성이 우수하고, 연신 필름의 파단을 방지할 수 있다. 한편, 본 명세서에서, 종 방향(MD, Machine Direction)은 필름 진행 방향을 의미한다. 한편, 본 명세서에서, 횡 방향(MD, Machine Direction)은 필름 진행 방향에 수직한 방향을 의미한다.
한편, 본 발명에 따른 광학 필름의 제조방법에서의 연신하는 단계에 있어서, 연신 온도는 상기 다층 광학 필름의 각 필름층의 필름의 유리전이온도에 기초하여 결정하는 것이 위상차를 조정하는데 있어서 바람직하다. 구체적으로, 상기 다층 광학 필름의 각 필름층 중 가장 높은 유리전이온도를 가진 필름의 유리전이온도 +30℃ 이내 또는 +20℃ 이내의 온도일 수 있다. 연신 온도가 상기 수치범위를 만족하는 경우 광학 필름의 기계적 물성이 우수하고, 연신시 필름 파단이 발생하는 문제점을 방지할 수 있다.
이때, 상기 다층 광학 필름의 각 필름층의 필름의 유리전이온도는, 모두 110℃ 이상인 것이 바람직하고, 특히, 열 안정성 및 연신 가공성을 확보하기 위해서, 각 필름층의 필름의 유리전이온도는 110℃ 내지 180℃ 또는 120℃ 내지 150℃인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 상기 광학 필름 제조방법에 의하는 경우 필름 제조공정 및 연신공정을 연속식으로 구성할 수 있으므로, 생산성이 향상되고, 별도의 추가 공정 없이 원하는 자외선 투과도를 갖는 광학 필름 제조가 용이하므로 높은 경제성이 있으며, 이에 의해 제조된 광학 필름은 기계적 강도 및 충격 강도가 현저하게 증가된다.
본 발명의 제3태양에 의하면, 편광자 및 상기 편광자의 적어도 일면에 구비된 보호필름을 포함하는 편광판으로서, 상기 보호필름 중 적어도 하나가 제1필름층, 제2필름층 및 제3필름층으로 이루어진 상기 다층 광학 필름인 편광판을 제공한다.
본 발명에 따른 다층 광학 필름은 편광자 보호필름으로 사용될 수 있다. 이 경우, 접착력 향상을 위해 표면을 개질할 수 있다. 개질 방법으로는 코로나 처리, 플라즈마 처리, UV 처리 등으로 보호필름의 표면을 처리하는 방법과 보호필름의 표면에 프라이머층을 형성하는 방법 등이 있고, 상기 두 방법을 동시에 사용할 수도 있다. 프라이머의 종류는 특별히 한정되지 않지만 실란 커플링제와 같이 반응성 관능기를 가지는 화합물을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 다층 광학 필름을 보호필름으로 포함하는 편광판은, 편광자 및 상기 편광자의 적어도 일면에 구비된 보호필름을 포함하고, 상기 보호필름 중 적어도 하나가 전술한 본 발명에 따른 다층 광학 필름인 구조를 가질 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 편광판에 있어서, 상기 편광자로는 당해 기술분야에 알려져 있는 것을 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들면 요오드 또는 이색성 염료를 포함하는 폴리비닐알콜(PVA)로 이루어진 필름을 사용할 수 있다. 상기 편광자는 PVA 필름에 요오드 또는 이색성 염료를 염착시켜서 제조될 수 있으나, 이의 제조방법은 특별히 한정되지 않는다. 본 명세서에 있어서, 편광자는 보호 필름을 포함하지 않는 상태를 의미하며, 편광판은 편광자와 보호 필름을 포함하는 상태를 의미한다.
상기 편광자와 보호필름의 접착은 접착제층을 이용하여 수행할 수 있다. 상기 보호 필름과 편광판의 합지시 사용 가능한 접착제로는 당해 기술 분야에 알려져 있는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 일액형 또는 이액형의 폴리비닐알콜(PVA)계 접착제, 폴리우레탄계 접착제, 에폭시계 접착제, 스티렌 부타디엔 고무계(SBR계) 접착제, 또는 핫멜트형 접착제 등이 있다.
나아가, 상기 편광자와 보호필름의 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 가열압착하거나 상온압착하여 합지하는 방법에 의하여 수행될 수 있다. 핫멜트형 접착제를 이용하는 경우에는 가열 압착롤을 사용하여야 한다.
또한, 충분한 점착력을 발휘할 수 있으면 점착제도 사용될 수 있다. 점착제는 합지 후 열 또는 자외선에 의하여 충분히 경화가 일어나 기계적 강도가 접착제 수준으로 향상되는 것이 바람직하며, 계면접착력도 커서 점착제가 부착된 양쪽 필름 중 어느 한 쪽의 파괴 없이는 박리되지 않는 정도의 점착력을 갖는 것이 바람직하다.
특히, 사용 가능한 점착제의 구체적인 예로서는 광학투명성이 우수한 천연고무, 합성고무 또는 엘라스토머, 염화비닐/초산비닐 공중합체, 폴리비닐알킬에테르, 폴리아크릴레이트, 변성 폴리올레핀계 점착제 등과 여기에 이소시아네이트 등의 경화제를 첨가한 경화형 점착제를 들 수 있다.
상기와 같이 제조되는 본 발명에 따른 편광판은 각종 용도에 이용될 수 있다. 구체적으로, 액정표시장치(LCD)용 편광판, 유기 EL 표시장치의 반사 방지용 편광판 등을 포함하는 화상표시장치에 바람직하게 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 편광판은 각종 기능성 막, 예를 들면 λ/4판, λ/2판 등의 위상차판, 광확산판, 시야각 확대판, 휘도 향상판, 반사판 등의 여러 가지 광학층을 조합한 복합 편광판에 적용될 수 있다.
상기 편광판은 이후 화상표시장치 등에의 적용이 용이하도록 적어도 일면에 점착제층을 구비할 수 있다. 또한, 상기 편광판이 화상표시장치 등에 적용될 때까지 점착제층을 보호하기 위하여 상기 점착제층 상에 이형필름을 추가로 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 편광판은, 편광자 및 상기 편광자의 적어도 일면에 구비된 보호필름을 포함하는 것으로서, 상기 보호필름 중 적어도 하나가 상기 제1필름층, 제2필름층 및 제3필름층을 포함하는 다층 광학 필름인 편광판은 내구성이 우수하다.
제조예 1
(1)수지 조성물의 제조
메틸메타크릴레이트 92 중량부, N-페닐말레이미드 5 중량부, α-메틸 스티렌 2 중량부 및 메타크릴레이트 1 중량부로 구성된 단량체 혼합물 1000g을 준비하여, 5리터 반응기에 증류수 2000g, 5% 폴리비닐알콜 용액 8.4g(POVAL PVA217, Kuraray사), 붕산 0.1g, 노말옥틸메르캅탄 2.5g 및 2,2'-아조비스 이소부티로니트릴 1.5g과 혼합하여 400rpm으로 교반하면서 수상에 분산시켰다.
다음으로, 1차 중합은 80℃에서 수행하였으며, 현탁액이 80℃에 도달하고 나서, 약 60분 후 중합 최고점이 발생하는 것을 확인하고, 115℃로 승온하여 약 40분간 2차 중합을 실시하였다. 상기와 같은 2차 중합 실시 후, 현탁액을 30℃로 냉각하였으며, 중합된 입자 형태의 수지 조성물을 얻었다. 상기 수지 조성물은 증류수로 세척하여 탈수한 후 건조 과정을 거친 후 사용하였다.
이때, 상기 수지 조성물은 광학 현미경(LV100P, Nikon)을 이용하여 확인한 결과 250㎛의 평균 직경을 갖는 구형의 입자 형태를 나타내었다.
(2)원료 펠렛의 제조
다음으로, 상기 수지 조성물 100 중량부에 트리아진계 자외선 흡수제(Tinuvin-1577, BASF사) 1 중량부를 넣어 솔리드 믹서(Solid Mixer)에서 2분간 혼합한 뒤, 상기 원료 혼합물을 원료 호퍼(hopper)로부터 제2압출기까지를 질소 치환한 24φ의 제2압출기에 공급하여 260℃에서 용융하여 원료 펠렛(pellet)을 제조하였다.
이때, 상기 제조된 수지는 DSC(DSC823, Mettler Toledo)를 이용하여 10℃/min 승온 조건으로 유리전이 온도(Tg)를 측정하였다.
제조예 2
제조예 1에 있어서, 동일한 조성 및 방법으로 수지 조성물을 제조하였다.
다음으로, 상기 수지 조성물을 이용하여 수지 조성물 100 중량부를 기준으로 트리아졸계 자외선 흡수제(TINUVIN 326, BASF) 3 중량부를 사용하는 것 외에는 제조예 1과 동일한 방법으로 원료 펠렛을 제조하였다.
제조예 3
제조예 1에 있어서, 동일한 조성 및 방법으로 수지 조성물을 제조하였다.
다음으로, 상기 수지 조성물을 이용하여 자외선 흡수제를 포함하지 않은 것 외에는 제조예 1과 동일한 방법으로 원료 펠렛을 제조하였다.
제조예 4
제조예 1에 있어서, 동일한 조성 및 방법으로 수지 조성물을 제조하였다.
다음으로, 상기 수지 조성물을 이용하여 수지 조성물 100 중량부를 기준으로 자외선 흡수제 2 중량부를 사용하는 것 외에는, 제조예 1과 동일한 방법으로 원료 펠렛을 제조하였다.
제조예 5
제조예 2에 있어서, 동일한 조성 및 방법으로 수지 조성물을 제조하였다.
다음으로, 상기 수지 조성물을 이용하여 수지 조성물 100 중량부를 기준으로 자외선 흡수제 6 중량부를 사용하는 것 외에는, 제조예 2와 동일한 방법으로 원료 펠렛을 제조하였다.
제조예 6
제조예 1에 있어서, 아크릴로니트릴 및 스티렌 공중합체 수지 펠렛 (82TR, LG Chem.)을 이용한 것 외에는 동일한 방법으로 수지 조성물을 제조하였다.
다음으로, 상기 수지 조성물 100 중량부를 기준으로 트리아진계 자외선 흡수제(Tinuvin-1577, BASF사) 1 중량부를 사용한 것 외에는, 제조예 1과 동일한 방법으로 원료 펠렛을 제조하였다.
제조예 7
제조예 1에 있어서, 폴리카보네이트 수지 펠렛(LUPOY, LG Chem.)을 이용한 것 외에는 동일한 방법으로 수지 조성물을 제조하였다.
다음으로, 상기 수지 조성물 100 중량부를 기준으로 트리아진계 자외선 흡수제(Tinuvin-1577, BASF사) 1 중량부를 사용한 것 외에는, 제조예 1과 동일한 방법으로 원료 펠렛을 제조하였다.
제조예 8
제조예 1에 있어서, 동일한 조성 및 방법으로 수지 조성물을 제조하였다.
다음으로, 상기 수지 조성물을 이용하여 수지 조성물 100 중량부를 기준으로 트리아진계 자외선 흡수제 (Tinuvin-1577, BASF사) 1 중량부와 트리아졸계 자외선 흡수제 (TINUVIN 326, BASF) 3 중량부를 혼합하여 사용한 것 외에는, 제조예 1과 동일한 방법으로 원료 펠렛을 제조하였다.
상기 제조예 1 내지 8에 따라 제조된 원료 펠렛에 첨가된 자외선 흡수제의 종류, 분자량 및 함량을 하기 [표 1]에 나타내었다.
구분　 자외선 흡수제 자외선 흡수제 분자량 자외선 흡수제 함량 (wt%) Tg(℃)
제조예1 Triazine계 425 1.0 125
제조예2 Triazole계 316 3.0 124
제조예3 - - - 125
제조예4 Triazine계 425 2.0 123
제조예5 Triazole계 316 6.0 122
제조예6 Triazine계 425 1.0 116
제조예7 Triazine계 425 1.0 143
제조예 8 Triazine계 및 Triazole계 Triazine계: 425
Triazole계: 316		 Triazine계: 1.0
Triazole계: 3.0		 123
실시예 1
제조예 1에 따라 제조된 원료 펠렛을 80℃에서 6시간 동안 열풍 건조하고, 260℃에서 제2압출기로 용융하여 제1필름층 및 제3필름층을 형성하였다. 또한, 제조예 2에 따라 제조된 원료 펠렛을 80℃에서 6시간 동안 열풍 건조하고, 265℃에서 제1압출기로 용융하여 제2필름층을 형성하였다.
다음으로, 상기 제1필름층, 제2필름층 및 제3필름층을 코트 행거 타입의 티-다이(T-die)에 통과시키고, 크롬 도금 캐스팅 롤 및 건조 롤 등을 거쳐 두께 210㎛의 광학 필름을 제조하였다. 이때, 제조된 필름의 두께는 접촉식 두께 측정기(m-hite, TEAS, Swiss)를 이용하여 측정하였다.
그 후, 상기 필름을 실험용 필름 연신 장비를 사용하여 각 필름층의 유리전이온도(Tg) 보다 10℃ 높은 조건인 131℃ 내지 135℃에서 200mm/min의 속도로 종 방향(MD) 및 횡 방향(TD) 방향으로 각각 100% 연신하여 두께 52㎛의 다층 광학 필름을 제조하였다.
비교예 1
실시예 1에 있어서, 제조예 2에 따라 제조된 원료 펠렛을 이용하여 제1필름층 및 제3필름층을 형성하고, 제조예 1에 따라 제조된 원료 펠렛을 이용하여 제2필름층을 형성한 것 외에는 동일한 방법으로 두께 54㎛의 다층 광학 필름을 제조하였다.
비교예 2
실시예 1에 있어서, 제조예 1에 따라 제조된 원료 펠렛을 이용하여 제1필름층 및 제3필름층을 형성하고, 제조예 3에 따라 제조된 원료 펠렛을 이용하여 제2필름층을 형성한 것 외에는 동일한 방법으로 두께 55㎛의 다층 광학 필름을 제조하였다.
비교예 3
실시예 1에 있어서, 제조예 1에 따라 제조된 원료 펠렛을 이용하여 제1필름층 및 제3필름층을 형성하고, 제조예 5에 따라 제조된 원료 펠렛을 이용하여 제2필름층을 형성한 것 외에는 동일한 방법으로 두께 58㎛의 다층 광학 필름을 제조하였다.
비교예 4
실시예 1에 있어서, 제조예 2에 따라 제조된 원료 펠렛을 이용하여 제1필름층 및 제3필름층을 형성하고, 제조예 3에 따라 제조된 원료 펠렛을 이용하여 제2필름층을 형성한 것 외에는 동일한 방법으로 두께 53㎛의 다층 광학 필름을 제조하였다.
비교예 5
실시예 1에 있어서, 제조예 2에 따라 제조된 원료 펠렛을 이용하여 제1필름층 및 제3필름층을 형성하고, 제조예 4에 따라 제조된 원료 펠렛을 이용하여 제2필름층을 형성한 것 외에는 동일한 방법으로 두께 54㎛의 다층 광학 필름을 제조하였다.
비교예 6
실시예 1에 있어서, 제조예 4에 따라 제조된 원료 펠렛을 이용하여 제1필름층 및 제3필름층을 형성한 것 외에는 동일한 방법으로 두께 57㎛의 다층 광학 필름을 제조하였다.
비교예 7
실시예 1에 있어서, 제조예 6에 따라 제조된 원료 펠렛을 이용하여 제1필름층 및 제3필름층을 형성한 것 외에는 동일한 방법으로 두께 54㎛의 다층 광학 필름을 제조하였다.
비교예 8
실시예 1에 있어서, 제조예 7에 따라 제조된 원료 펠렛을 이용하여 제1필름층 및 제3필름층을 형성한 것 외에는 동일한 방법으로 두께 52㎛의 다층 광학 필름을 제조하였다.
비교예 9
실시예 1에 있어서, 제1필름층 내지 제3필름층을 모두 제조예 2에 따라 제조된 원료 펠렛을 이용하여 형성한 것 외에는 동일한 방법으로 두께 52㎛의 다층 광학 필름을 제조하였다.
비교예 10
실시예 1에 있어서, 제조예 8에 따라 제조된 원료 펠렛을 제1압출기를 이용하여 필름을 형성한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 두께 51㎛의 단층 광학 필름을 제조하였다.
<롤 오염 여부 측정>
상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 10에 따른 다층 광학 필름의 제조 과정에서 롤 오염 여부를 측정하여 결과를 하기 [표 2]에 나타내었다. 롤 오염 여부는 필름 제막 1시간 후 캐스팅 롤 표면을 관찰하여 자외선 흡수제에 의한 오염도를 육안으로 확인하는 방법으로 측정하였다. 이때, 캐스팅 롤 오염도는 롤 표면을 육안으로 관찰하였을 때 탁한 부분이 존재할 경우 "○"로 표시하였고, 유리면처럼 깨끗한 상태를 유지하는 경우 "×"로 표시하였다.
<필름의 외관 불량 여부 측정>
상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 10에 따른 다층 광학 필름의 제조 과정에서 필름의 외관 불량 여부를 측정하여 결과를 하기 [표 2]에 나타내었다. 필름의 외관 불량 측정은 캐스팅 롤을 거친 상기 광학 필름에 대하여 육안 관찰을 통하여 필름의 외관 불량 여부를 확인하는 방법으로 수행하였다. 이때, 제막된 필름의 각 층 사이에 물결 무늬 불량이 존재할 경우 "×"로 표시하였고, 유리면과 같이 깨끗한 상태를 유지하는 경우 "○"로 표시하였다.
<광학 필름의 직진광 투과도 측정>
상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 10에 따라 제조된 광학 필름에 대하여, 직진광 투과도를 측정하여 결과를 하기 [표 2]에 나타내었다. 이때, 광학 필름의 직진광 투과도는 UV-Visible Spectrophotomer(U-3310, Hitachi, Japan)를 이용하여 적분구를 장착하지 않은 상태에서 측정하였다.
<광학 필름의 충격 강도 측정>
상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 10에 따라 제조된 광학 필름에 대하여, 필름의 충격 강도를 측정하여 결과를 하기 [표 2]에 나타내었다. 이때, 상기 충격 강도는 Drop Impact Tester 장비를 이용하여 일정 무게의 금속 Ball을 낙하시켜 필름이 파단 되는 높이를 측정하고, 이렇게 측정된 높이에 해당하는 위치 에너지를 필름의 단위 체적으로 환산하여 충격 강도로 변환하였다.
구분　 필름 두께
(㎛)		 롤 오염 여부 필름 외관 직진 광 투과도(%) 필름의 충격 강도
(단위 : kPa)
290nm 380nm
실시예 1 52 X O 0.02 2.08 558
비교예 1 54 O O 0.02 10.37 568
비교예 2 55 X O 4.91 80.26 487
비교예 3 58 X X 0 0.05 541
비교예 4 53 O O 5.86 14.92 494
비교예 5 54 O O 0 7.26 4878
비교예 6 57 O O 0 1.74 506
비교예 7 54 X X 0.03 2.47 420
비교예 8 52 X X 0.02 2.31 1122
비교예 9 52 O O 0.01 1.08 537
비교예 10 51 O X 0.02 2.34 340
상기 [표 2]에 나타낸 바와 같이, 실시예 1의 경우, 롤 오염이 발생하지 않았고, 필름의 외관 특성이 우수하며, 직진 광 투과도 및 충격 강도 역시 우수한 다층 광학 필름이 얻어졌다.
그러나, 비교예 1 및 비교예 4 내지 6에 따른 광학 필름의 경우 롤이 오염되는 문제점이 발생하였으며 직진 광 투과율도 좋지 않음을 알 수 있다. 또한, 비교예 2 및 4에 따른 광학 필름의 경우 직진 광 투과도가 현저하게 좋지 않음을 알 수 있다.
한편, 비교예 3에 따른 광학 필름의 경우 제2필름층에 포함된 다량의 자외선 흡수제로 인해 제1필름층 및 제3필름층과 용융 점도 불균형이 발생하였고, 이로 인해 필름층의 계면에 물결 무늬가 관찰되었다. 나아가, 비교예 7 및 8에 따른 광학 필름의 경우 제2필름층을 형성하는 수지 조성물과 유리전이온도 차이가 큰 수지 조성물을 제1필름층 및 제3필름층으로 사용했기 때문에, 비교예 3과 마찬가지로 제2필름층과 용융 점도 불균형 문제가 발생하였고, 이로 인해 각 필름층의 계면에 물결 무늬가 관찰되었다. 또한, 비교예 10과 같이 광학 필름을 단층으로 형성하는 경우에는 충격 강도가 현저하게 떨어짐을 알 수 있었다.
이상에서 본 명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
10 : 제1필름층
20 : 제2필름층
30 : 제3필름층

Claims (20)

  1. 열 가소성 아크릴계 수지 조성물 100 중량부에 대하여,
    트리아진계 자외선 흡수제 0.01 중량부 내지 2.0 중량부를 포함하는 열 가소성 아크릴계 수지 조성물로 형성된 제1필름층;
    트리아졸(Triazole)계, 벤조페논(Benzophenon)계, 옥사닐라이드(Oxanilide)계 및 시아노아크릴(Cyanoacryl)계 자외선 흡수제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 자외선 흡수제 0.1 중량부 내지 5.0 중량부를 포함하는 열 가소성 아크릴계 수지 조성물로 형성된 제2필름층; 및
    트리아진계 자외선 흡수제 0.01 중량부 내지 2.0 중량부를 포함하는 열 가소성 아크릴계 수지 조성물로 형성된 제3필름층을 포함하는 다층 광학 필름.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1필름층 및 제3필름층의 자외선 흡수제는 중량평균분자량이 300 내지 2000 인 다층 광학 필름.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1필름층 및 제3필름층은, 광학 필름의 두께 60㎛로 환산하여 측정한 경우, 380nm 파장에서 직진 광 투과율이 10% 내지 30% 인 다층 광학 필름.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1필름층 및 제3필름층은, 광학 필름의 두께 60㎛로 환산하여 측정한 경우, 290nm 파장에서 직진 광 투과율이 3% 내지 12% 인 다층 광학 필름.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2필름층의 자외선 흡수제는 중량평균분자량이 100 내지 1000인 다층 광학 필름.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2필름층은, 광학 필름의 두께 60㎛로 환산하여 측정한 경우, 380nm 파장에서 직진 광 투과율이 1% 내지 15% 인 다층 광학 필름.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2필름층은, 광학 필름의 두께 60㎛로 환산하여 측정한 경우, 290nm 파장에서 직진 광 투과율이 0.1% 내지 7% 인 다층 광학 필름.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 열 가소성 아크릴계 수지 조성물은 상기 열 가소성 아크릴계 수지가 알킬(메트)아크릴레이트계 단위 및 스티렌계 단위를 포함하는 공중합체를 포함하는 것인 다층 광학 필름.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 열 가소성 아크릴계 수지 조성물은 상기 열 가소성 아크릴계 수지가 주쇄에 카보네이트 부를 갖는 방향족계 수지를 더 포함하는 것인 다층 광학 필름.
  10. 제1항에 있어서,
    각 필름층을 구성하는 열 가소성 아크릴계 수지 조성물의 유리전이온도 차이는 2℃ 이하인 다층 광학 필름.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 다층 광학 필름은, 380nm 파장에서 자외선 투과율이 0.1% 내지 10% 인 다층 광학 필름.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 다층 광학 필름은, 제1필름층, 제2필름층 및 제3필름층을 공압출한 것인 다층 광학 필름.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 다층 광학 필름은, 광학 필름의 두께 60㎛로 환산하여 측정한 경우, 550nm 파장에서 직진 광 투과율이 85% 내지 100%인 다층 광학 필름.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 다층 광학 필름은, 광학 필름의 두께 60㎛로 환산하여 측정한 경우, 380nm 파장에서 직진 광 투과율이 0.1% 내지 15%인 다층 광학 필름.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 다층 광학 필름은, 광학 필름의 두께 60㎛로 환산하여 측정한 경우, 290nm 파장에서 직진 광 투과율이 0.01% 내지 5%인 다층 광학 필름.
  16. 열 가소성 아크릴계 수지 조성물 100 중량부에 대하여,
    트리아진계 자외선 흡수제 0.01 중량부 내지 2.0 중량부를 포함하는 열 가소성 아크릴계 수지 조성물로 형성된 제1필름층;
    트리아졸(Triazole)계, 벤조페논(Benzophenon)계, 옥사닐라이드(Oxanilide)계 및 시아노아크릴(Cyanoacryl)계 자외선 흡수제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 자외선 흡수제 0.1 중량부 내지 5.0 중량부를 포함하는 열 가소성 아크릴계 수지 조성물로 형성된 제2필름층; 및
    트리아진계 자외선 흡수제 0.01 중량부 내지 2.0 중량부를 포함하는 열 가소성 아크릴계 수지 조성물로 형성된 제3필름층을 공압출하는 단계, 및
    상기 공압출된 필름을 연신하는 단계를 포함하는 다층 광학 필름의 제조방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 연신하는 단계는 상기 공압출된 필름을 종 방향(MD)으로 1.3배 내지 3.5배 연신하는 것인 다층 광학 필름의 제조방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 연신하는 단계는 상기 공압출된 필름을 횡 방향(TD)으로 1.3배 내지 3.5배 연신하는 것인 다층 광학 필름의 제조방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 연신하는 단계는, 상기 다층 광학 필름의 각 필름층 중 가장 높은 유리전이온도를 가진 필름의 유리전이온도 +30℃ 이내의 온도에서 연신하는 것인 다층 광학 필름의 제조방법.
  20. 편광자; 및
    상기 편광자의 적어도 일면에 구비된 보호필름을 포함하는 편광판으로서, 상기 보호필름 중 적어도 하나가 청구항 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항의 다층 광학 필름인 편광판.
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