KR20150028751A - 편광막 및 편광막의 제조 방법 그리고 그 편광막을 사용한 화상 표시 장치 - Google Patents

편광막 및 편광막의 제조 방법 그리고 그 편광막을 사용한 화상 표시 장치 Download PDF

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Abstract

외관이 우수하고 화상 표시 장치의 표시 특성의 향상에 기여할 수 있는 편광막이 제공된다. 본 발명의 실시형태에 따른 편광막은 요오드를 포함하는 폴리비닐알코올계 수지 필름을 포함한다. 편광막은 일방 표면의 요오드 농도 (I1) 와 타방 표면의 요오드 농도 (I2) 사이의 비 (I2/I1) 가 3.0 이상이다.

Description

편광막 및 편광막의 제조 방법 그리고 그 편광막을 사용한 화상 표시 장치{POLARIZING FILM, METHOD OF MANUFACTURING POLARIZING FILM, AND IMAGE DISPLAY APPARATUS USING THE POLARIZING FILM}
발명의 배경
본 출원은 35 U.S.C. 섹션 119 하에서 2013년 9월 6일에 출원된 일본 특허 출원 제 2013-184792호에 대해 우선권을 주장하며, 이는 참조로써 본 명세서에서 원용된다.
발명의 분야
본 발명은 편광막, 편광막의 제조 방법, 그리고 그 편광막을 사용한 화상 표시 장치에 관한 것이다.
통상적인 화상 표시 장치인 액정 표시 장치의 액정 셀의 양측들에는 편광막들이 배치되어 있으며, 그 배치는 장치의 화상 형성 방식에 기인한다. 예를 들어, 편광막의 제조 방법으로서 하기의 방법이 제안되고 있다 (예를 들어, 일본 공개특허공보 2000-338329호). 수지 기재와 폴리비닐알코올 (PVA) 계 수지층을 갖는 적층체를 연신한 다음, 염색 처리를 가해, 편광막이 수지 기재 상에 형성될 수 있게 한다. 이러한 방법에 따르면, 두께가 얇은 편광막이 얻어진다. 이에 따라, 이 방법은 최근의 화상 표시 장치의 박형화에 기여하는 그 잠재성 때문에 주목받고 있다. 하지만, 이러한 방법에 의해 얻어지는 편광막은 외관이 불량하고, 화상 표시 장치에 편광막을 사용한 경우에 충분한 표시 특성들이 얻어지지 않을 수도 있다.
본 발명의 실시형태에 의하면, 외관이 우수하고 화상 표시 장치의 표시 특성의 향상에 기여할 수 있는 편광막이 제공된다.
본 발명의 실시형태에 따른 편광막은 요오드를 포함하는 폴리비닐알코올계 수지 필름을 포함한다. 편광막은 일방 표면의 요오드 농도 (I1) 와 타방 표면의 요오드 농도 (I2) 사이의 비 (I2/I1) 가 3.0 이상이다.
본 발명의 일 실시형태에서, 요오드 농도 (I1) 를 갖는 표면은 파장 680nm 에서의 이방성 반사 (Rc/Rp) 가 1.50 이하이다.
본 발명의 일 실시형태에서, 편광막은 요오드 농도 (I1) 를 갖는 표면이 시인측이 되도록 사용된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 상술된 편광막의 제조 방법이 제공된다. 이 제조 방법은, 수지 기재의 편측에 폴리비닐알코올계 수지층을 형성하는 단계; 및 수지 기재와 폴리비닐알코올계 수지층의 적층체를 연신 및 염색하여 폴리비닐알코올계 수지층을 편광막으로 하는 단계를 포함한다. 편광막은 수지 기재측 표면의 요오드 농도 (I1) 와 수지 기재 반대측 표면의 요오드 농도 (I2) 사이의 비 (I2/I1) 가 3.0 이상이다.
본 발명의 일 실시형태에서, 연신은 공중 연신만을 이용하여 수행된다.
본 발명의 일 실시형태에서, 공중 연신에 있어서의 연신 온도는 120℃ 이상이다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 화상 표시 장치가 제공된다. 화상 표시 장치는 상술된 편광막을 포함한다. 편광막은, 요오드 농도 (I1) 를 갖는 표면이 시인측이 되도록 배치된다.
도 1 은 실시예 1 및 비교예 1 에서 얻어진 편광막들 각각의 두께 방향에서의 요오드 농도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 2 는 실시예 2 및 비교예 2 에서 얻어진 편광막들 각각의 두께 방향에서의 요오드 농도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 3 은 실시예 3 및 비교예 3 에서 얻어진 편광막들 각각의 두께 방향에서의 요오드 농도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 4 는 비교예 4 에서 얻어진 편광막의 두께 방향에서의 요오드 농도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 5a 및 도 5b 는 요오드 농도 분포를 측정하기 위한 라만 분광 측정의 순서를 설명하는 모식도들이다.
도 6 은 라만 분광 측정에 있어서 적분 강도 분포를 결정하는 순서를 설명하는 스펙트럼이다.
이하, 본 발명의 실시형태들을 설명한다. 하지만, 본 발명은 이 실시형태들에 한정되지 않는다.
A. 편광막
본 발명의 편광막은 요오드를 포함하는 폴리비닐알코올계 수지 (이하, "PVA계 수지"라고 칭한다) 를 포함한다.
PVA계 수지 필름을 형성하기 위한 PVA계 수지로서 임의의 적절한 수지가 채용될 수 있다. 수지의 예들은 폴리비닐알코올 및 에틸렌 비닐 알코올 공중합체를 포함한다. 폴리비닐알코올은 폴리아세트산 비닐을 비누화함으로써 얻어진다. 에틸렌 비닐 알코올 공중합체는 에틸렌 아세트산 비닐 공중합체를 비누화함으로써 얻어진다. PVA계 수지의 비누화도는 통상 85 몰% ~ 100 몰%, 바람직하게는 95.0 몰% ~ 99.95 몰%, 보다 바람직하게는 99.0 몰% ~ 99.93 몰%이다. 비누화도는 JIS K 6726-1994에 준하여 결정될 수 있다. 이러한 비누화도를 갖는 PVA계 수지의 사용은 내구성이 우수한 편광막을 제공할 수 있다. 비누화도가 너무 높은 경우에는, 수지는 겔화될 수도 있다.
PVA계 수지의 평균 중합도는 목적에 따라 적절히 선택될 수 있다. 평균 중합도는 통상 1,000 ~ 10,000, 바람직하게는 1,200 ~ 5,000, 보다 바람직하게는 1,500 ~ 4,500 이다. 평균 중합도는 JIS K 6726-1994에 준하여 결정될 수 있음에 유의해야 한다.
편광막은 실질적으로 요오드가 배향 상태로 흡착된 PVA계 수지 필름이다. 게다가, PVA계 수지 필름은 일방 표면의 요오드 농도 (I1) 와 타방 표면의 요오드 농도 (I2) 사이의 비 (I2/I1) 가 3.0 이상이며, 바람직하게는 3.5 이상이며, 보다 바람직하게는 4.0 이상이다. 각 표면들의 요오드 농도들 사이의 비가 이러한 범위로 제어되는 경우, 표면들의 간섭 불균일이 억제되어 외관이 우수한 편광막을 얻을 수 있다. 이러한 효과는, 편광막을 화상 표시 장치에 적용할 때, 요오드 농도가 보다 낮은 표면 (즉, 요오드 농도 (I1) 를 갖는 표면) 을 시인측에 배치함으로써 매우 현저하게 된다. 본 명세서에서 사용되는 "요오드 농도"라는 용어는 절대량이 아니고 정성적인 개념을 말하고, 요오드 농도비 (I2/I1) 는 예를 들어 단면 라만 분석법에 의해 얻어진 강도비에 기초하여 결정될 수도 있음에 유의해야 한다. 부가하여, 편광막의 시인측 표면의 요오드 농도는 후술되는 이방성 반사와 상관할 수도 있다.
통상적으로, PVA계 수지 필름의 요오드 농도가 보다 낮은 표면 (요오드 농도 (I1) 를 갖는 표면) 은 B 항에서 후술되는 제조 방법에서 수지 기재측에 형성되고, 요오드 농도가 보다 높은 표면 (요오드 농도 (I2) 를 갖는 표면) 은 수지 기재 반대측에 형성된다. 게다가, 상술한 바와 같이, 편광막을 화상 표시 장치에 적용할 때, 요오드 농도 (I1) 를 갖는 표면은 통상적으로 시인측에 배치되고, 요오드 농도 (I2) 를 갖는 표면은 통상적으로 시인측과 반대측에 배치된다.
일 실시형태에서, PVA계 수지 필름의 두께 방향의 요오드 농도는 요오드 농도 (I1) 를 갖는 표면으로부터 요오드 농도 (I2) 를 갖는 표면을 향해 실질적으로 단조 증가한다. 본 명세서에서 사용되는 "요오드 농도가 실질적으로 단조 증가한다"라는 문구는 두께 방향의 요오드 평균 농도의 분포 곡선이 극대치도 극소치도 갖지 않는 것을 말한다. 이 문맥에서, 요오드 평균 농도는 PVA계 수지 필름을 두께 방향으로 1㎛ 간격으로 분할하여 얻은 각 영역에 대해 라만 분석법에 의해 측정한 강도의 중앙치를 말한다. 따라서, "요오드 농도가 실질적으로 단조 증가한다"는 경우라도, 요오드 농도가 극대치 및/또는 극소치를 갖는 영역이 국소적으로 (즉, 각각의 분할된 영역에서) 존재할 수도 있다. 이러한 요오드 농도 분포는 B 항에서 후술되는 제조 방법에 의해, 염색에서의 어떠한 복잡한 조작 없이도 달성될 수 있다. 게다가 이러한 요오드 농도 분포로, 충분한 광학 특성 (예를 들어, 후술되는 단체 투과율 (single axis transmission) 및 편광도) 을 확보할 수 있다.
PVA계 수지 필름 (편광막) 의 두께는 바람직하게는 12㎛ 이하, 보다 바람직하게는 8㎛ 이하, 더욱 더 바람직하게는 6㎛ 이하이다. 이러한 두께의 PVA계 수지 필름은 요오드 농도가 높은 경향이 있어, 각 표면들의 요오드 농도들 사이의 차이가 제공되는 것에 의해 외관 향상 효과가 현저하게 얻어질 수 있다. 다른 한편, PVA계 수지 필름의 두께는 바람직하게는 1.0㎛ 이상, 보다 바람직하게는 2.0㎛ 이상이다.
PVA계 수지 필름의 각 표면들의 요오드 농도들 사이의 차이가 제공되는 것을 통해, 얻어지는 편광막의 가시광의 장파장 영역 (예를 들어, 580nm ~ 780nm) 에서의 그 흡수축 방향의 반사율을 저감할 수 있다. 이 효과는, 요오드 농도가 보다 낮은 표면 (즉, 요오드 농도 (I1) 를 갖는 표면) 에서 특히 현저하다. PVA계 수지 필름의 요오드 농도 (I1) 를 갖는 표면은 파장 680nm 에서의 이방성 반사 (Rc/Rp) 가 바람직하게는 1.50 이하, 보다 바람직하게는 1.30 이하, 더욱 더 바람직하게는 1.20 이하이다. 이러한 이방성 반사이면, 표면 상의 간섭 불균일이 억제되어 우수한 외관이 얻어질 수 있다. 요오드 농도가 보다 높은 표면 (즉, 요오드 농도 (I2) 를 갖는 표면) 은 예를 들어 약 1.55 ~ 1.85 의 Rc/Rp 를 갖는다. Rp 는 편광막의 투과축 방향의 반사율을 나타내고, Rc 는 편광막의 흡수축 방향의 반사율을 나타내는 것임에 유의해야 한다.
편광막은 바람직하게 파장 380nm ~ 780nm 중 어느 파장에서 흡수 이색성을 나타낸다. 편광막의 단체 투과율은 바람직하게는 40.0% 이상, 보다 바람직하게는 41.0% 이상, 더욱 더 바람직하게는 42.0% 이상, 특히 바람직하게는 43.0% 이상이다. 편광막의 편광도는 바람직하게는 99.8% 이상, 보다 바람직하게는 99.9% 이상, 더욱 더 바람직하게는 99.95% 이상이다.
B. 편광막의 제조 방법
본 발명의 일 실시형태에 의한 편광막의 제조 방법은 통상적으로, 수지 기재의 편측에 PVA계 수지층을 형성하는 단계; 및 수지 기재와 PVA계 수지층의 적층체를 연신 및 염색하여 폴리비닐알코올계 수지층을 편광막으로 하는 단계를 포함한다.
B-1. PVA계 수지층의 형성
PVA계 수지층의 형성 방법으로서는 임의의 적절한 방법이 채용될 수도 있다. PVA계 수지층은, 바람직하게 PVA계 수지를 포함하는 도포액을 수지 기재 상에 도포한 후, 건조함으로써 형성된다.
수지 기재용 형성 재료로서, 임의의 적절한 열가소성 수지가 채용될 수 있다. 열가소성 수지의 예들은 폴리에틸렌 테레프탈레이트계 수지 등의 에스테르계 수지; 노르보르넨계 수지 등의 시클로올레핀계 수지; 폴리프로필렌 등의 올레핀계 수지; 폴리아미드계 수지; 폴리카보네이트계 수지; 및 이들의 공중합체 수지를 포함한다. 이들 중에서도, 노르보르넨계 수지 및 비정질 폴리에틸렌 테레프탈레이트계 수지가 바람직하다.
일 실시형태에서, 비정질 (비결정화된) 폴리에틸렌 테레프탈레이트계 수지들이 각각 바람직하게 사용된다. 이들 중에서도, 비결정성 (결정화하기 어려운) 폴리에틸렌 테레프탈레이트계 수지가 특히 바람직하게 사용된다. 비결정성 폴리에틸렌 테레프탈레이트계 수지의 구체예들은 디카르본산으로서 이소프탈산을 더 포함하는 공중합체 및 글리콜로서 시클로헥산 디메탄올을 더 포함하는 공중합체를 포함한다.
일 실시형태에서, 수지 기재의 유리 전이 온도 (Tg) 는 60℃ 이상이다. 이러한 수지 기재의 사용은 PVA계 수지를 포함하는 도포액의 도포 및 건조 동안의 수지 기재의 변형 (예를 들어, 요철, 슬랙, 또는 주름의 발생) 과 같은 불편을 방지하여, 양호하게 적층체를 제조할 수 있게 한다. 부가하여, 그 사용은 적합한 온도 (예를 들어, 약 60℃) 에서 PVA계 수지층을 양호하게 연신할 수 있게 한다. 다른 실시형태에서는, 수지 기재가 PVA계 수지를 포함하는 도포액의 도포 및 건조 동안 변형되지 않는 한, 60℃ 미만의 유리 전이 온도가 허용된다. 수지 기재의 유리 전이 온도는, 예를 들어, 구성 재료에 변성기를 도입하거나 또는 결정화 재료로 구성되는 기재를 가열함으로써 조절될 수 있음에 유의해야 한다. 유리 전이 온도 (Tg) 는 JIS K 7121에 준하여 결정된 값이다.
수지 기재의 (연신전) 두께는 바람직하게 20㎛ ~ 300㎛, 보다 바람직하게 50㎛ ~ 200㎛ 이다. 그 두께가 20㎛ 미만인 경우에는, PVA계 수지층을 형성하는 것이 곤란할 수도 있다. 그 두께가 300㎛ 를 초과하는 경우에는, 연신시 지나치게 큰 부하가 필요할 수도 있다.
도포액은 통상 PVA계 수지를 용매에 용해하는 것에 의해 제조된 용액이다. 용매의 예들은 물, 디메틸술폭시드, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, N-메틸피롤리돈, 각종 글리콜류, 트리메틸올프로판 등의 다가 알코올류, 및 에틸렌디아민 및 디에틸렌트리아민 등의 아민류를 포함한다. 용매는 단독으로 또는 조합하여 사용될 수 있다. 이들 중에서도, 물이 바람직하다. 용액의 PVA계 수지의 농도는 용매 100 중량부에 대해 바람직하게 3 중량부 ~ 20 중량부이다. 이러한 수지 농도에서, 수지 기재에 밀착한 균일한 도포막이 형성될 수 있다.
도포액은 첨가제와 배합될 수도 있다. 첨가제의 예들은 가소제 및 계면활성제를 포함한다. 가소제의 예들은 에틸렌 글리콜 및 글리세린 등의 다가 알코올류를 포함한다. 계면활성제의 예들은 비이온 계면활성제들을 포함한다. 이러한 첨가제는 얻어지는 PVA계 수지층의 균일성, 염색성, 또는 연신성을 추가적으로 향상시키기 위한 목적으로 사용될 수 있다. 부가하여, 첨가제의 예들은 접착 용이 성분을 포함한다. 접착 용이 성분의 사용은 수지 기재와 PVA계 수지층 사이의 밀착성을 향상시킬 수 있다. 그 결과, 기재로부터 PVA계 수지층이 박리되는 등의 불편이 억제되고, 후술되는 염색 및 수중 연신이 양호하게 실시될 수 있다. 접착 용이 성분으로서는 아세토아세틸 변성 PVA 등의 변성 PVA가 사용된다.
도포액의 도포 방법으로서 임의의 적절한 방법이 채용될 수 있다. 그 방법의 예들은 롤 코팅법, 스핀 코팅법, 와이어 바 코팅법, 딥 코팅법, 다이 코팅법, 커튼 코팅법, 스프레이 코팅법, 및 나이프 코팅법 (콤마 코팅법 등) 을 포함한다.
도포액은 바람직하게 50℃ 이상의 온도에서 도포 및 건조된다.
PVA계 수지층의 형성 이전에, 수지 기재가 표면 처리 (예를 들어, 코로나 처리) 될 수도 있다. 대안으로, 접착 용이층이 수지 기재 상에 형성될 수도 있다. 이러한 처리는 수지 기재와 PVA계 수지층 사이의 밀착성을 향상시킬 수 있다.
PVA계 수지층의 (연신전) 두께는 바람직하게 3㎛ ~ 20㎛ 이다.
B-2. 연신
다음, B-1 항에서 얻어진 수지 기재와 PVA계 수지층의 적층체를 연신 및 염색하여 PVA계 수지층을 편광막으로 한다. 연신 및 염색의 순서는 목적, 연신 방식 등에 따라 적절히 설정될 수 있다. 구체적으로, 연신을 먼저 수행할 수도 있거나, 염색을 먼저 수행할 수도 있거나, 또는 연신을 다단계로 실시하는 경우에는 연신과 연신 사이에 염색을 수행할 수도 있다. 본 실시형태에서는, 통상적으로, 연신을 먼저 수행한다.
적층체의 연신 방법으로서 임의의 적절한 방법이 채용될 수 있다. 구체적으로, 고정단 연신이 채용될 수도 있거나 또는 자유단 연신 (예컨대, 주속이 상이한 롤들 사이에 PVA계 수지층을 통과시켜 층을 1축 연신하는 것을 수반하는 방법) 이 채용될 수도 있다. 이들 중에서, 자유단 연신이 바람직하다. 이것은, 후술되는 바와 같이, PVA계 수지층의 결정화가 촉진되어 요오드 농도 분포가 용이하게 만들어질 수 있기 때문이다.
연신 방향은 적절히 설정될 수도 있다. 일 실시형태에서, 장척상의 PVA계 수지층은 그 길이 방향으로 연신된다. 이 경우, 통상적으로, 주속이 상이한 롤들 사이에 PVA계 수지층 (적층체) 을 통과시켜 층을 연신하는 것을 수반하는 방법이 채용된다. 다른 실시형태에서는, 장척상의 PVA계 수지층 (적층체) 이 그 폭방향으로 연신된다. 이 경우, 통상적으로, 텐터 연신 장치를 이용하여 층을 연신하는 것을 수반하는 방법이 채용된다.
연신 방식은 공중 연신 방식인 것이 바람직하다. 공중 연신 방식을 채용함으로써, 후술되는 염색에서 얻어지는 PVA계 수지 필름 (편광막) 의 각 표면들의 요오드 농도들 사이에 원하는 차이가 제공될 수 있다. 보다 구체적으로, PVA계 수지 필름의 수지 기재측 표면의 요오드 농도를 보다 낮게 하고, 수지 기재 반대측 표면의 요오드 농도를 보다 높게 할 수 있다. 일 실시형태에서, 수지 기재측 표면으로부터 수지 기재 반대측 표면까지 요오드 농도를 제어하여 실질적으로 단조 증가시킬 수 있다. 게다가, 이러한 요오드 농도 분포는 염색에서의 어떠한 복잡한 조작 없이도 달성될 수 있다. 이러한 요오드 농도 제어는, 염색전의 PVA계 수지층의 결정화를 촉진하는 것에 의해 용이하게 달성될 수 있다. 특히, 공중 연신 방식과 자유단 연신의 혼용은 PVA계 수지층의 결정화도를 높은 범위 내에서 제어하는 것을 가능하게 한다. 연신 온도는 바람직하게는 100℃ ~ 180℃ 이며, 보다 바람직하게는 100℃ ~ 160℃ 이다. 온도가 너무 높으면, PVA계 수지층의 결정화가 과도하게 진행되어, 연신성의 저하나 염색성의 저하 등의 문제가 발생할 수도 있다. 온도가 너무 낮으면, 연신성이 저하하거나 PVA계 수지층의 결정화가 충분히 진행되지 않는 경우가 있어, 원하는 요오드 농도 분포가 얻어지지 않을 수도 있다. 이러한 연신 방법이 채용되는 경우, 염색욕의 요오드 농도 및 염색욕에서의 침지 시간을 조정함으로써 요오드 농도가 용이하게 제어될 수 있다. 이러한 지견은 연신과 염색의 구체적인 조합들에 대한 다수의 시행 착오, 및 얻어지는 PVA계 수지 필름 (편광막) 의 요오드 농도와의 그 관계 조사 이후에만 얻어진 것이며, 예기치 못한 우수한 효과이다.
연신은 일 단계로 수행될 수도 있거나, 또는 복수의 단계들로 수행될 수도 있다. 연신이 복수의 단계들로 수행되는 경우, 예를 들어, 자유단 연신 및 고정단 연신이 조합하여 수행될 수도 있다. 부가하여, 연신이 복수의 단계들로 수행되는 경우, 후술되는 PVA계 수지층의 연신 배율 (최대 연신 배율) 은 각 단계들에서의 연신 배율들의 곱이다.
연신 배율 (최대 연신 배율) 은 PVA계 수지층 (적층체) 의 원래 길이에 대해 바람직하게는 4.0배 이상이다. 본 명세서에서 사용되는 "최대 연신 배율"이라는 용어는 PVA계 수지층 (적층체) 의 파단 직전의 연신 배율을 말하는 것임에 유의해야 한다. PVA계 수지층 (적층체) 이 파단되는 시점의 연신 배율은 별도로 규정되며, 그 값보다 0.2 만큼 낮은 값이 최대 연신 배율이다.
B-3. 염색
PVA계 수지층의 염색은 통상적으로 PVA계 수지층에 요오드를 흡착시킴으로써 수행된다. 흡착 방법은, 예를 들어, 요오드를 포함하는 염색액에 PVA계 수지층 (적층체) 을 침지하는 것을 수반하는 방법, PVA계 수지층에 염색액을 도포하는 것을 수반하는 방법, 또는 염색액을 PVA계 수지층에 분사하는 것을 수반하는 방법이다. 이들 중에서도, 염색액에 PVA계 수지층 (적층체) 을 침지하는 것을 수반하는 방법이 바람직하다. 이것은, 요오드가 PVA계 수지층에 양호하게 흡착할 수 있기 때문이다.
염색액은 바람직하게 요오드 수용액이다. 요오드의 배합량은 물 100 중량부에 대해 바람직하게는 0.1 중량부 ~ 0.5 중량부이다. 물에서의 요오드의 용해도를 증가시키기 위해서, 요오드 수용액이 요오드화물과 배합되는 것이 바람직하다. 요오드화물의 예들은 요오드화 칼륨, 요오드화 리튬, 요오드화 나트륨, 요오드화 아연, 요오드화 알루미늄, 요오드화 납, 요오드화 구리, 요오드화 바륨, 요오드화 칼슘, 요오드화 주석, 및 요오드화 티탄을 포함한다. 이들 중에서도, 요오드화 칼륨이 바람직하다. 요오드화물의 배합량은, 물 100 중량부에 대해, 바람직하게는 0.02 중량부 ~ 20 중량부, 보다 바람직하게는 0.1 중량부 ~ 10 중량부이다. 염색시 염색액의 액온은, PVA계 수지의 용해를 억제하기 위해서, 바람직하게는 20℃ ~ 50℃ 이다. PVA계 수지층을 염색액에 침지하는 경우, 침지 시간은 PVA계 수지층의 투과율을 확보하기 위해서 바람직하게 5초 ~ 5분이다. 부가하여, 염색 조건들 (농도, 액온, 및 침지 시간) 은 최종적으로 얻어지는 편광막의 편광도, 단체 투과율 및/또는 요오드 농도 분포가 소정의 범위 내가 되도록 설정될 수도 있다. 일 실시형태에서는, 얻어지는 편광막의 편광도가 99.98% 이상일 수 있도록, 침지 시간이 설정된다. 다른 실시형태에서는, 얻어지는 편광막의 단체 투과율이 40% ~ 44% 가 될 수 있도록, 침지 시간이 설정된다. 게다가, 상술한 바와 같이, 일 실시형태에 의하면, 연신을 위한 공중 연신 방식의 사용을 통해, 염색 조건들 (농도, 액온, 및 침지 시간) 을 조정하는 것만으로 어떠한 복잡한 조작 없이도 요오드 농도 분포가 제어될 수 있다. 즉, PVA계 수지 필름의 수지 기재측 표면의 요오드 농도를 보다 낮게 할 수 있고, 수지 기재 반대측 표면의 요오드 농도를 보다 높게 할 수 있다.
B-4. 다른 처리들
적층체에는, 연신 및 염색 이외에 추가하여 PVA계 수지층을 편광막으로 하기 위한 처리가 적절히 가해질 수도 있다. PVA계 수지층을 편광막으로 하기 위한 처리의 예들은 불용화 처리, 가교 처리, 세정 처리, 및 건조 처리를 포함한다. 이 처리들의 횟수, 순서 등은 특별히 한정되지 않음에 유의해야 한다.
불용화 처리는 통상적으로 붕산 수용액에 PVA계 수지층 (적층체) 을 침지함으로써 수행된다. PVA계 수지층에 불용화 처리를 함으로써 그 층에 내수성이 부여될 수 있다. 붕산 수용액의 농도는 물 100 중량부에 대해 바람직하게는 1 중량부 ~ 4 중량부이다. 불용화욕 (붕산 수용액) 의 액온은 바람직하게 20℃ ~ 50℃ 이다.
가교 처리는 통상적으로 PVA계 수지층 (적층체) 을 붕산 수용액에 침지함으로써 수행된다. PVA계 수지층에 가교 처리를 함으로써 그 층에 내수성이 부여될 수 있다. 붕산 수용액의 농도는 물 100 중량부에 대해 바람직하게 1 중량부 ~ 5 중량부이다. 부가하여, 가교 처리가 염색 처리 이후에 수행되는 경우, 용액은 요오드화물과 더 배합되는 것이 바람직하다. 요오드화물과 용액의 배합은 PVA계 수지층에 흡착되고 있는 요오드의 용출을 억제할 수 있다. 요오드화물의 배합량은 물 100 중량부에 대해 바람직하게 1 중량부 ~ 5 중량부이다. 요오드화물의 구체예들은 상술한 바와 같다. 가교욕 (붕산 수용액) 의 액온은 바람직하게 20℃ ~ 60℃ 이다. 바람직한 실시형태에서, 공중 연신, 염색 처리, 및 가교 처리가 언급된 순서대로 수행된다.
세정 처리는 통상적으로 PVA계 수지층 (적층체) 을 요오드화 칼륨의 수용액에 침지함으로써 수행된다. 건조 처리에서의 건조 온도는 바람직하게 30℃ ~ 100℃ 이다.
이로써, 수지 기재 상에 편광막이 형성된다.
편광막은 통상적으로 그 편측에 또는 그 양측들 각각에 보호 필름이 적층된 상태로 (즉, 편광판으로서) 사용된다. 보호 필름의 적층에는 임의의 적절한 접착제 또는 점착제가 사용된다. 수지 기재를 사용하는 경우, 수지 기재를 박리하지 않고 직접 보호 필름으로서 사용할 수도 있다.
C. 화상 표시 장치
본 발명의 화상 표시 장치는 본 발명의 편광막 (많은 경우, 편광판) 을 포함한다. 편광막은 통상적으로 화상 표시 장치의 시인측에 배치되고, 그리고 요오드 농도가 보다 낮은 (요오드 농도 (I1) 를 갖는) 표면이 시인측이 되도록 배치된다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 편광막의 요오드 농도가 보다 낮은 표면은 간섭 불균일이 억제되어 우수한 외관을 갖는다. 편광막의 이러한 표면이 시인측이 되도록 편광막을 배치함으로써, 화상 표시 장치의 표시 특성 (특히, 흑표시시) 의 향상에 기여할 수 있다.
화상 표시 장치의 예들은 액정 표시 장치 및 유기 EL 표시 장치를 포함한다. 액정 표시 장치에 사용하는 경우, 편광막은 액정셀의 시인측에 배치되는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로 설명한다. 하지만, 본 발명은 이 실시예들에 한정되지 않는다. 각 특성들의 측정 방법들이 후술되는 바와 같음에 유의해야 한다.
1. 두께
디지털 마이크로미터 (Anritsu Corporation 제조, 제품명: "KC-351C") 를 이용하여 측정을 수행하였다.
2. 유리 전이 온도 (Tg)
JIS K 7121에 준하여 측정을 수행하였다.
[실시예 1]
이소프탈산을 공중합 성분으로서 포함하고 Tg 가 75℃ 인 장척상의 비정질 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (A-PET) 필름 (두께: 100㎛) 을 수지 기재로서 사용하였다.
수지 기재의 편면에 중합도 4,200 및 비누화도 99.2 몰% 의 PVA 수용액을 60℃ 에서 도포 및 건조하여, 두께 13㎛ 의 PVA계 수지층을 형성하였다. 이로써, 적층체를 제조하였다.
결과물인 적층체를, 130℃ 의 오븐 내의 주속이 상이한 롤들 사이에서 그 종방향 (길이 방향) 으로 4.2배로 자유단 1축 연신 처리하였다.
다음, 적층체를 액온 30℃ 의 염색욕 (물 100 중량부를 요오드 0.2 중량부 및 요오드화 칼륨 1.0 중량부와 배합하여 얻어진 요오드 수용액) 에 60초간 침지시켰다 (염색 처리).
다음, 적층체를 액온 60℃의 가교욕 (물 100 중량부를 요오드화 칼륨 5 중량부 및 붕산 5 중량부와 배합하여 얻어진 붕산 수용액) 에 30초간 침지시켰다 (가교 처리).
그 후, 적층체를 액온 30℃의 세정욕 (물 100 중량부를 요오드화 칼륨 4 중량부와 배합함으로써 얻어진 수용액) 에 침지시킨 다음, 60℃ 의 온풍으로 건조시켰다 (세정-건조 처리).
이로써, 수지 기재 위에 두께 6.0㎛ 의 편광막 (PVA계 수지 필름) 을 형성하였다.
수지 기재와 편광막의 얻어진 적층체의 편광막 표면에 접착제를 개재하여 제 1 보호 필름으로서 트리아세틸셀룰로오스 필름 (KONICA MINOLTA, INC. 제조, 상품명: "KC4UY", 두께: 40㎛) 을 부착하였다. 게다가, 수지 기재를 박리하고, 박리면에 접착제를 개재하여, 제 2 보호 필름으로서 트리아세틸셀룰로오스 필름 (KONICA MINOLTA, INC. 제조, 상품명: "KC4UY", 두께: 40㎛) 을 부착하였다. 이 경우 사용되는 접착제는 아세토아세틸 변성기를 갖는 PVA (KURARAY CO., LTD. 제조, 상품명: "Z200") 였다. 이로써, 편광판을 얻었다. 얻어진 편광판의 제 1 보호 필름측 표면 상에 점착제를 도포하였다. 즉, 편광판의 제 2 보호 필름측 표면 (수지 기재측 표면) 이 시인측이 되는 구성을 채택하였다.
[실시예 2]
연신 배율을 4.0 배로 바꾸고 두께 7.0㎛ 의 편광막을 형성한 것 이외에는 실시예 1에서와 동일한 방식으로 편광판을 얻었다. 게다가, 실시예 1에서와 동일한 방식으로, 편광판의 제 2 보호 필름측 표면 (수지 기재측 표면) 이 시인측이 되는 구성을 채택하였다.
[실시예 3]
PVA 수용액의 도포 두께를 변경하여 두께 20㎛ 의 PVA계 수지층을 형성하고, 결과적으로 두께 11.0㎛ 의 편광막을 형성한 것 이외에는 실시예 1에서와 동일한 방식으로 편광판을 얻었다. 게다가, 실시예 1에서와 동일한 방식으로, 편광판의 제 2 보호 필름측 표면 (수지 기재측 표면) 이 시인측이 되는 구성을 채택하였다.
[비교예 1]
실시예 1에서와 동일한 방식으로 편광판을 얻었다. 얻어진 편광판의 제 2 보호 필름측 표면 상에 점착제를 도포하였다. 즉, 편광판의 제 1 보호 필름측 표면 (수지 기재 반대측 표면) 이 시인측이 되는 구성을 채택하였다.
[비교예 2]
실시예 2에서와 동일한 방식으로 편광판을 얻었다. 얻어진 편광판의 제 2 보호 필름측 표면 상에 점착제를 도포하였다. 즉, 편광판의 제 1 보호 필름측 표면 (수지 기재 반대측 표면) 이 시인측이 되는 구성을 채택하였다.
[비교예 3]
실시예 3에서와 동일한 방식으로 편광판을 얻었다. 얻어진 편광판의 제 2 보호 필름측 표면 상에 점착제를 도포하였다. 즉, 편광판의 제 1 보호 필름측 표면 (수지 기재 반대측 표면) 이 시인측이 되는 구성을 채택하였다.
[비교예 4]
이소프탈산을 공중합 성분으로서 포함하고 Tg 가 75℃ 인 장척상의 비정질 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (A-PET) 필름 (두께: 100㎛) 을 수지 기재로서 사용하였다.
수지 기재의 편면에 중합도 4,200 및 비누화도 99.2 몰% 의 PVA 수용액을 60℃ 에서 도포 및 건조하여, 두께 10㎛ 의 PVA계 수지층을 형성하였다. 이로써, 적층체를 제조하였다.
결과물인 적층체를, 120℃ 의 오븐 내의 주속이 상이한 롤들 사이에서 그 종방향 (길이 방향) 으로 2.0배로 자유단 1축 연신 처리하였다 (공중 보조 연신).
다음, 적층체를 액온 30℃ 의 불용화욕 (물 100 중량부를 붕산 4 중량부와 배합하여 얻어진 붕산 수용액) 에 30초간 침지시켰다 (불용화 처리).
다음, 적층체를 액온 30℃ 의 염색욕 (물 100 중량부를 요오드 0.2 중량부 및 요오드화 칼륨 1.0 중량부와 배합하여 얻어진 요오드 수용액) 에 60초간 침지시켰다 (염색 처리).
다음, 적층체를 액온 30℃의 가교욕 (물 100 중량부를 요오드화 칼륨 3 중량부 및 붕산 3 중량부와 배합하여 얻어진 붕산 수용액) 에 30초간 침지시켰다 (가교 처리).
그 후, 적층체를 액온 70℃ 의 붕산 수용액 (물 100 중량부를 붕산 4 중량부 및 요오드화 칼륨 5 중량부와 배합하여 얻어진 수용액) 에 침지시키면서, 주속이 상이한 롤들 사이에서 그 종 방향 (길이 방향) 으로 1축 연신하였다 (수중 연신). 이 경우, 총연신 배율은 원래 길이의 5.5배였다.
또한, 적층체를 액온 30℃의 세정욕 (물 100 중량부를 요오드화 칼륨 4 중량부와 배합함으로써 얻어진 수용액) 에 침지시킨 다음, 60℃ 의 온풍으로 건조시켰다 (세정-건조 처리).
이로써, 수지 기재 위에 두께 5.0㎛ 의 편광막 (PVA계 수지 필름) 을 형성하였다.
후속하여, 실시예 1에서와 동일한 순서에 의해 편광판을 얻었다. 게다가, 실시예 1에서와 동일한 방식으로, 편광판의 제 2 보호 필름측 표면 (수지 기재측 표면) 이 시인측이 되는 구성을 채택하였다.
실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 4 에서 얻어진 편광막들 각각의 시인측 표면의 반사율을 후술되는 바와 같이 측정하였고, 그 이방성 반사를 산출하였다. 게다가, 각각의 얻어진 편광막의 두께 방향의 요오드 농도 분포를 측정하였다. 표 1 은 평가 결과들을 나타낸다. 요오드 농도 분포와 관련하여, 도 1 은 실시예 1 및 비교예 1의 편광막들의 측정 결과들을 나타내고, 도 2 는 실시예 2 및 비교예 2의 편광막들의 측정 결과들을 나타내고, 도 3 은 실시예 3 및 비교예 3의 편광막들의 측정 결과들을 나타내고, 도 4 는 비교예 4의 편광막의 측정 결과들을 나타낸다. 도 1 ~ 3 각각에서의 "기재면"은 실시예들 각각의 편광막의 시인측 및 비교예들 각각의 편광막의 시인측 반대측이며, 도 4 에서의 "기재면"은 비교예 4의 편광막의 시인측임에 유의해야 한다.
(반사율)
분광광도계 (Hitachi High-Technologies Corporation 제조, U-4100) 를 이용하여 투과축 방향의 반사율 (Rp) 및 흡수축 방향의 반사율 (Rc) 을 측정하였다. 측정시, 광원의 입사 각도를 5°로 설정하고, 측정 파장을 680nm 로 설정하였다. 이방성 반사는 Rc/Rp 에 의해 산출되었음에 유의해야 한다.
(요오드 농도 분포)
(i) 라만 분광 측정
도 5a 에 나타낸 바와 같이, 실시예들 및 비교예들에서 얻어진 적층체들 각각의 중앙부를 울트라마이크로톰 (ultramicrotome) (LEICA MICROSYSTEMS 제조, 상품명: "LEICA ULTRACUT UCT" 또는 "LEICA EM UC7") 를 이용하여, 편광막의 흡수축 방향 (연신 방향) 및 편광막의 두께 방향으로 절단하여, 편광막의 흡수축 방향과 편광막의 두께 방향에 직교하는 방향으로 약 100nm 를 측정하는 초박 절편 시료를 제조하였다.
라만 분광측정을 위한 장치와 조건은 후술되는 바와 같다.
·장치: 마이크로 레이저 라만 분광계: JOBIN YVON S.A.S. 에 의해 제조된 LabRAM HR-800 (HORIBA JOBIN YVON S.A.S. 제조, HR800)
·여기 파장: 514.5nm
·그레이팅 (Grating): 1,800 gr/mm
·대물렌즈: ×100 (개구수: 0.9)
·측정 피치: 0.1㎛
도 5b 에 나타낸 바와 같이, 초박 절편 시료의 편광막 단면에 대해, 편광막의 두께 방향으로 0.1㎛ 간격의 측정점들에서 라만 스펙트럼들의 측정을 실시하였다. 레이저 광은, 그 편광면이 편광막의 흡수축 방향 (연신 방향) 과 평행하고 초박 절편 시료의 편광막 단면에 직교하도록 입사되게 하였다. 부가하여, 초박 절편 시료의 뒤로 검광자를 설치하였다. 검광자의 편광면은 레이저 광의 편광면과 평행하도록 설정되었다.
실시예들 및 비교예들의 라만 스펙트럼들 각각에 있어서, I3 - 에 대응하는 피크가 108 cm-1 부근에서 관측되었고, I5 - 에 대응하는 피크가 158 cm-1 부근에서 관측되었다.
(ii) I3 - 및 I5 - 의 적분 강도 분포의 산출
가시광 영역 (380nm ~ 780nm) 에서의 주된 흡수는 I3 - 및 I5 - 와 PVA에 의해 형성되는 요오드/PVA 착물들에 의해 나타난다. 따라서, I3 - 및 I5 - 의 라만 강도들의 측정이 시인에 영향을 주는 유효한 요오드 양에서의 비교를 가능하게 한다. 구체적인 산출 순서는 후술하는 바와 같다.
각 측정점에서 얻어진 라만 스펙트럼에 대해, 80 cm-1 ~ 180 cm-1 의 파수 구간에서의 적분 강도를 베이스라인 (baseline) 보정을 수행하여 결정하였다.
베이스라인 보정은 다음과 같이 수행하였다: 도 6에 나타내는 바와 같이, 80 cm-1 ~ 180 cm-1 의 파수 구간에 있어서, 파수 80 cm-1 에서의 라만 강도와 파수 180 cm-1 에서의 라만 강도의 각 점들을 연결하는 직선을 사용하여, 라만 스펙트럼의 베이스라인을 직선 근사하고 (도 6의 직선 ab), 라만 강도로서 정의되는 그 근사 직선으로부터의 거리를 사용하여 측정시의 베이스라인의 기울기를 보정하였다. 각 측정점들에서의 얻어진 적분 강도들로부터 편광막의 두께 방향의 적분 강도 분포를 결정하였다. 두께 방향의 적분 강도 분포를 요오드 농도 분포로 정의하였다.
Figure pat00001
표 1로부터 명백한 바와 같이, 편광막의 각 표면들의 요오드 농도들 사이에 차이를 제공하고 요오드 농도가 보다 낮은 표면을 시인측에 배치함으로써, 이방성 반사가 작고 외관이 우수한 편광막이 얻어진다. 게다가, 실시예들의 편광막들의 육안 관찰은, 어떠한 간섭 불균일도 없다는 것을 확인시켰다. 비교예 4로부터 명백한 바와 같이, 상술한 바와 같은 본 발명의 효과는 공중 연신 방식을 채용하는 것에 의해 얻어진다.
본 발명의 편광판은, 예를 들어, 액정 텔레비젼, 액정 디스플레이, 휴대전화, 디지털 카메라, 비디오 카메라, 휴대 게임기, 카 내비게이션 시스템, 복사기, 프린터, 팩스, 시계, 및 전자렌지의 액정 패널에 적합하게 사용된다. 또한, 본 발명의 편광막은 유기 EL 디바이스의 반사 방지막으로서 적합하게 사용된다.
본 발명의 일 실시형태에 의하면, 편광막의 각 표면들의 요오드 농도들 사이에 소정의 차이를 제공하고 요오드 농도가 보다 낮은 표면을 시인측으로 하는 구성을 채택함으로써, 이방성 반사와 간섭 불균일이 억제되고 외관이 우수한 편광막이 얻어진다. 부가하여, 이러한 편광막의 사용은 화상 표시 장치의 표시 특성의 향상에 기여할 수 있다.
다수의 다른 변형예들은 본 발명의 범주 및 사상으로부터 벗어나지 않으면서 당업자들에게 명백할 것이고 당업자들에 의해 용이하게 실시될 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위의 범주가 상세한 설명에 의해 한정되는 것으로 의도되지 않고 오히려 폭넓게 해석되어야 한다는 것을 이해해야 한다.

Claims (7)

  1. 요오드를 포함하는 폴리비닐알코올계 수지 필름을 포함하는 편광막으로서,
    상기 편광막은 일방 표면의 요오드 농도 (I1) 와 타방 표면의 요오드 농도 (I2) 사이의 비 (I2/I1) 가 3.0 이상인, 편광막.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 요오드 농도 (I1) 를 갖는 표면은 파장 680nm 에서의 이방성 반사 (Rc/Rp) 가 1.50 이하인, 편광막.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광막은 상기 요오드 농도 (I1) 를 갖는 표면이 시인측이 되도록 사용되는, 편광막.
  4. 제 1 항에 기재된 편광막의 제조 방법으로서,
    수지 기재의 편측에 폴리비닐알코올계 수지층을 형성하는 단계; 및
    상기 수지 기재와 상기 폴리비닐알코올계 수지층의 적층체를 연신 및 염색하여 상기 폴리비닐알코올계 수지층을 편광막으로 하는 단계를 포함하고,
    상기 편광막은 상기 수지 기재측 표면의 요오드 농도 (I1) 와 상기 수지 기재 반대측 표면의 요오드 농도 (I2) 사이의 비 (I2/I1) 가 3.0 이상인, 편광막의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 연신은 공중 연신만을 이용하여 수행되는, 편광막의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 공중 연신에 있어서의 연신 온도는 120℃ 이상인, 편광막의 제조 방법.
  7. 제 1 항에 기재된 편광막을 포함하는 화상 표시 장치로서,
    상기 편광막은 요오드 농도 (I1) 를 갖는 표면이 시인측이 되도록 배치되는, 화상 표시 장치.
KR1020140118728A 2013-09-06 2014-09-05 편광막 및 편광막의 제조 방법 그리고 그 편광막을 사용한 화상 표시 장치 KR102107861B1 (ko)

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