KR20150139256A - 가공 안정성이 우수한 광학 필름용 수지 조성물 및 이를 이용한 광학 필름 - Google Patents

가공 안정성이 우수한 광학 필름용 수지 조성물 및 이를 이용한 광학 필름 Download PDF

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Abstract

본 발명은 알킬 (메타)아크릴레이트 단위; 벤질 (메타)아크릴레이트 단위; (메타)아크릴산 단위; 및 화학식 I로 표시되는 단위를 포함하는 제1공중합체; 및 부의 위상차 특성을 갖는 제2공중합체를 포함하며, 식(1)을 만족하는 광학 필름용 수지 조성물에 관한 것이다.
식(1): IOH/ICH ＜ 1.7
상기 식(1)에서, IOH는 상기 수지 조성물의 FT-IR 스펙트럼에서 3200~3600cm-1 범위에서 나타나는 O-H 신축 진동 밴드에 대한 적분값이며, ICH는 2850~3000cm-1 범위에서 나타나는 C-H 신축 진동 밴드에 대한 적분값임

Description

가공 안정성이 우수한 광학 필름용 수지 조성물 및 이를 이용한 광학 필름{RESIN COMPOSITION FOR OPTICAL FILM HAVING A GOOD PROCESSING STABILITY AND OPTICAL FILM USING THEREOF}
본 발명은 광학 필름용 수지 조성물 및 이를 이용한 광학 필름에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가공 안정성이 우수한 광학 필름용 수지 조성물 및 이를 이용한 광학 필름에 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.
현재 디스플레이용 폴리머 필름으로 가장 많이 사용되고 있는 것은, 편광판 보호 필름 등으로 사용되는 트리아세틸 셀룰로오스 필름(TriAcetyl Cellulose, TAC)으로, TAC 필름은 고온 또는 고습의 분위기 하에서 장시간 사용할 경우, 편광도가 저하되고 편광자와 필름이 분리되거나 광 특성이 저하되는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서, TAC 필름의 대안으로, 폴리스티렌, 메틸 메타크릴레이트와 같은 아크릴, 또는 폴리카보네이트 계열의 폴리머 필름들이 제안되었다. 이들 폴리머 필름들의 경우, 내열성이 우수하다는 장점이 있으나, 폴리스티렌이나 폴리카보네이트 필름의 경우 폴리머 내에 방향환을 가지기 때문에 배향시 복굴절이 발생하여 광학 특성에 악 영향을 미친다는 문제점이 있고, 메틸 메타크릴레이트의 경우, 폴리스티렌이나 폴리카보네이트에 비해서 위상차 값이 상대적으로 적지만 고정밀도가 요구되는 액정 소자와 같은 광학용 소재에 적용하기에는 충분하지 않다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 내열성이 우수하면서도 위상차값이 낮은 폴리머 필름용 소재로 양의 복굴절을 갖는 단량체 또는 폴리머와, 음의 복굴절을 갖는 단량체 또는 폴리머를 공중합하거나 블렌드하는 방법이 제안되었다. 이러한 방법 중 대표적인 것으로 벤질 메타크릴레이트와 메틸 메타크릴레이트의 공중합체를 들 수 있다. 그러나 벤질 메타크릴레이트와 메틸 메타크릴레이트의 경우 위상차값이 0에 가까워 광학 특성이 우수하지만, 편광판의 보호 필름으로 사용되는 TAC 필름에 비해 열팽창계수가 높기 때문에, 편광필름과 TAC 필름과 함께 합지하여 사용할 경우, 편광판이 심하게 휘어지거나 뒤틀리는 컬 현상이 발생한다는 문제점이 있다.
한편, 본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 연구를 거듭한 결과, 메틸 메타크릴레이트, 메타크릴산, 벤질메타크릴레이트 및 글루타르산 무수물 단위를 포함하는 4원 공중합체를 포함하는 수지 조성물을 이용하여 광학 필름을 제조할 경우, 열팽창계수가 낮아 편광판 컬 현상을 개선할 수 있음을 알아내고, 이를 기출원(출원번호:10-2011-0034441 및 10-2011-0085942)한 바 있다. 그러나 상기 출원 발명의 수지 조성물은 메틸메타크릴레이트, 메타크릴산 및 벤질 메타크릴레이트 단량체를 반응물로 하는 중합 반응을 통해 제조되며, 광학 특성, 내열성 및 열팽창 특성이 우수하다는 장점이 있다. 그러나, 상기 출원에 기재된 수지 조성물의 경우, 반응물들의 중합 반응 시에 반응 부산물로 메탄올, 벤질알코올과 같은 부산물이 발생하며, 상기 반응 부산물과 미반응 단량체들이 필름 제막 과정에서 추가 반응을 일으키면서 기포를 발생시킨다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 필름 성형시에 기포 발생이 없는 가공 안정성이 우수한 광학 필름용 수지 조성물을 제공하고자 한다.
이를 위해 본 발명은, 알킬 (메타)아크릴레이트 단위; 벤질 (메타)아크릴레이트 단위; (메타)아크릴산 단위; 및 하기 화학식 I로 표시되는 단위를 포함하는 제1공중합체; 및 부의 위상차 특성을 갖는 제2공중합체를 포함하며, 하기 식(1)을 만족하는 광학 필름용 수지 조성물을 제공한다.
[화학식 I]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서, X는 NR3 또는 O이며,
상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, C1 ~ 10알킬, C3 ~ 20 시클로알킬 또는 C3 ~ 20아릴임.
식(1): IOH/ICH ＜ 1.7
상기 식(1)에서, IOH는 상기 수지 조성물의 FT-IR 스펙트럼에서 3200~3600cm-1 범위에서 나타나는 O-H 신축 진동 밴드에 대한 적분값이며, ICH는 2850~3000cm-1 범위에서 나타나는 C-H 신축 진동 밴드에 대한 적분값임.
다른 측면에서, 본 발명은 상기 광학 필름용 수지 조성물을 포함하는 광학 필름을 제공한다.
본 발명에 따른 광학 필름용 수지 조성물을 이용한 광학 필름은 투명성, 내열성, 열팽창 특성 등이 우수할 뿐 아니라, 필름 제조 시의 가공 안정성이 우수하다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명의 발명자들은 필름 제막 시의 기포 발생을 억제할 수 있는 수지 조성물을 개발하기 위해 연구를 거듭한 결과, 알킬 (메타)아크릴레이트 단위; 벤질 (메타)아크릴레이트 단위; (메타)아크릴산 단위; 및 하기 화학식 I로 표시되는 단위를 포함하는 제1공중합체; 및 부의 위상차 특성을 갖는 제2공중합체를 포함하고, C-H 신축 진동 밴드에 대한 적분값에 대한 O-H 신축 진동 밴드에 대한 적분값의 비, 즉 IOH/ICH가 특정 수치 범위를 만족하는 수지 조성물을 사용할 경우, 필름 제막 시의 기포 발생을 억제할 수 있음을 알아내고, 본 발명을 완성하였다.
보다 구체적으로는, 본 발명의 수지 조성물은 알킬 (메타)아크릴레이트 단위; 벤질 (메타)아크릴레이트 단위; (메타)아크릴산 단위; 및 하기 화학식 I로 표시되는 단위를 포함하는 제1공중합체; 및 부의 위상차 특성을 갖는 제2공중합체를 포함하며, 하기 식(1)을 만족하는 것을 그 특징으로 한다.
[화학식 I]
Figure pat00002
상기 화학식 1에서, X는 NR3 또는 O이며, 상기 R1, R2 및 R3는 각각 수소, C1 ~ 10알킬, C3 ~ 20 시클로알킬 또는 C3 ~ 20아릴이다.
식(1): IOH/ICH ＜ 1.7
상기 식(1)에서, IOH는 상기 수지 조성물의 FT-IR 스펙트럼에서 3200~3600cm-1 범위에서 나타나는 O-H 신축 진동 밴드에 대한 적분값이며, ICH는 2850~3000cm-1 범위에서 나타나는 C-H 신축 진동 밴드에 대한 적분값이다.
먼저, 제1공중합체에 대해서 설명한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1공중합체는 알킬 (메타)아크릴레이트 단위, 벤질 (메타)아크릴레이트 단위, (메타)아크릴산 단위 및 하기 화학식 I로 표시되는 단위를 포함한다. 이때, 상기 수지 조성물은 각각의 단위들이 반복 단위 형태로 포함되는 공중합체 수지일 수도 있고, 각각의 단위들로 이루어진 단량체 또는 호모폴리머들이 블랜드된 블랜드 수지이거나, 2 이상의 단위들로 이루어진 2 이상의 공중합체가 블랜드된 블랜드 수지일 수 있다. 이 중에서도 특히, 상기 각각의 단위 성분들이 반복 단위 형태로 포함된 4원 공중합체 수지인 것이 바람직하다.
한편, 상기 제1공중합체에 있어서, 상기 알킬 (메타)아크릴레이트 단위는 알킬 아크릴레이트 및 알킬 메타크릴레이트를 모두 의미하는 것으로, 이로써 한정되는 것은 아니나, 광학적 투명성, 상용성, 가공성 및 생산성을 고려할 때, 상기 알킬 (메타)아크릴레이트의 알킬기의 탄소수는 1 ~ 10 정도인 것이 바람직하며, 탄소수 1 ~ 4 정도인 것이 더 바람직하며, 메틸기 또는 에틸기인 것이 가장 바람직하다. 한편, 상기 알킬 (메타)아크릴레이트 단위의 함량은 제1공중합체 100중량부에 대하여, 55 내지 94중량부 정도인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 60 내지 90중량부, 가장 바람직하게는 70 내지 90중량부일 수 있다. 알킬 (메타)아크릴레이트 단위의 함량이 상기 범위일 때 우수한 위상차 특성 및 광학 특성을 얻을 수 있기 때문이다.
한편, 상기 벤질 (메타)아크릴레이트 단위는 본 발명의 광학 필름에 적절한 위상차값을 부여하는 역할과 알킬 (메타)아크릴레이트와 (메타)아크릴산 간의 상용성을 부여하기 위한 것으로, 벤질 메타크릴레이트 또는 벤질 아크릴레이트일 수 있으며, 특히 벤질 메타크릴레이트인 것이 바람직하다. 한편, 상기 벤질 (메타)아크릴레이트 단위의 함량은 제1공중합체 100중량부에 대하여, 2 내지 20중량부 정도인 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 2 내지 18중량부일 수 있다. 벤질 (메타)아크릴레이트의 함량이 상기 범위 내일 때 원하는 위상차 특성을 얻을 수 있기 때문이다.
다음으로, 상기 (메타)아크릴산 단위는 내열성을 향상시키고, 극성기를 도입하여 열팽창계수를 낮추는 역할을 하는 것으로, 예를 들면, 아크릴산, 메타크릴산, 메틸아크릴산, 메틸메타크릴산, 에틸아크릴산, 에틸메타크릴산, 부틸아크릴산 또는 부틸 메타크릴산일 수 있으며, 특히 메타크릴산인 것이 바람직하다. 한편, 상기 (메타)아크릴산 단위의 함량은 제1공중합체 100중량부에 대하여, 1 내지 10중량부 정도인 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 1 내지 5중량부, 보다 더 바람직하게는 1 내지 3중량부, 가장 바람직하게는 1 내지 2중량부일 수 있다. (메타)아크릴산 단위의 함량이 상기 범위일 때, 바람직한 내열 특성을 얻을 수 있기 때문이다. 특히, (메타)아크릴산의 함량이 2 중량부 이하인 경우에는 제막 공정에서 기포 발생을 현저하게 줄일 수 있다는 부가적인 장점이 있다.
또한, 상기 제1공중합체는 하기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함한다.
[화학식 I]
Figure pat00003
상기 화학식 1에서, X는 NR3 또는 O이며,
R1, R2 및 R3는 각각 수소, C1 ~ 10알킬, C3 ~ 20 시클로알킬 또는 C3 ~ 20아릴이다.
상기 화학식 1로 표시되는 단위는 수지 조성물의 열 팽창계수를 낮추기 위한 것이다. 고분자 사슬 회전(chain conformation)을 억제하는 벌키한 관능기를 고분자 주쇄에 도입할 경우, 고분자의 열팽창계수를 낮출 수 있다. 그러나, 예를 들면, 스티렌이나 폴리카보네이트와 같이 벌키한 관능기를 포함하는 폴리머들을 사용할 경우, 열팽창계수를 낮출 수는 있으나, 연신에 의해 복굴절성이 발현되어 광학 특성에 문제가 발생할 수 있다. 그러나, 본 발명과 같이, 화학식 1로 표시되는 화합물을 사용할 경우, 광학 특성에 악영향을 미치지 않으면서 열팽창계수를 효과적으로 낮출 수 있다. 하기 화학식 1로 표시되는 단위의 구체적인 예로는, 글루타르산 무수물, 글루타르산 이미드 등을 들 수 있으며, 이 중에서도 글루타르산 무수물이 특히 바람직하다. 한편, 상기 화학식 1로 표시되는 단위의 함량은 제1공중합체 100중량부에 대하여, 3중량부 내지 15중량부 정도인 것이 바람직하다. 화학식 1로 표시되는 단위의 함량이 상기 범위 내일 때, 위상차 특성을 해하지 않으면서 낮은 열팽창계수를 구현할 수 있다.
한편, 상기와 같은 제1공중합체는 예를 들면, 알킬 (메타)아크릴레이트, (메타)아크릴산 및 벤질 (메타)아크릴레이트를 연속괴상중합법에 의해 공중합시킴으로써 제조될 수 있다. 연속괴상중합법의 경우, 용액 중합이나 현탁 중합과는 달리 중합 과정에서 높은 발열이 일어나며, 중합 과정에서 발생하는 이러한 발열에 의해 알킬 (메타)아크릴레이트 및/또는 벤질 (메타)아크릴레이트와 (메타)아크릴산이 가수 축합 반응을 하면서 글루타르산 무수물을 형성하게 된다.
또는, 상기 제1공중합체는, 예를 들면, 알킬 (메타)아크릴레이트, (메타)아크릴산 및 벤질 (메타)아크릴레이트를 현탁 중합법에 의해 중합한 후, 열처리하는 방법으로 제조될 수도 있다. 이 경우, 열처리 과정에서 알킬 (메타)아크릴레이트 및/또는 벤질 (메타)아크릴레이트와 (메타)아크릴산이 가수 축합 반응을 하면서 글루타르산 무수물을 형성하게 되며, 그 결과 본원 발명의 제1공중합체를 형성하게 된다. 한편, 상기 열처리 과정은, 당해 기술 분야에 잘 알려진 압출 설비, 예를 들면, 하나 이상의 벤트부를 갖는 단축, 이축 또는 부스 코 니더(BUSS-co-Kneader) 등과 같은 압출 설비를 통해 수행할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 발명의 광학 필름용 수지 조성물은, 상기 제1공중합체와 함께 제2공중합체를 포함한다. 상기 제2공중합체는 필름 제조 시에 위상차를 제어하기 위해 첨가되는 것으로, 부의 위상차값을 가지며, 상기 제1공중합체와 상용성이 있는 수지이면 되고, 그 종류가 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 제2공중합체로는, 스티렌 단위를 주성분으로 포함하는 스티렌계 공중합체나, (메타)아크릴계 단위를 주 성분으로 포함하는 아크릴계 공중합체 등이 사용될 수 있다. 상용성 및 광학 물성의 측면에서 이 중에서도 스티렌계 공중합체가 더 바람직하며, 보다 구체적으로는, 스티렌 단위, 알킬 (메타)아크릴레이트계 단위 및 아크릴로니트릴계 단위를 포함하는 스티렌계 공중합체가 특히 바람직하다.
이때, 상기 스티렌계 단위는 스티렌, α-메틸 스티렌, α-에틸 스티렌, 3-메틸스티렌, p-메틸스티렌, p-에틸스티렌, p-프로필렌스티렌, 4-(p-메틸페닐)스티렌, p-클로로스티렌, m-클로로스티렌 및 p-니트로스티렌 등과 같은 스티렌계 모노머로부터 유도되는 반복 단위를 의미하며, 상기 알킬 (메타)아크릴레이트계 단위는 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 프로필 메타크릴레이트, 부틸 메타크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 프로필 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트 등과 같은 알킬 (메트)아크릴레이트계 모노머로부터 유도되는 반복 단위를 의미한다.
한편, 상기 (메타)아크릴계 단위는 메타크릴산, 아크릴산, 알킬 메타크릴산, 알킬 아크릴산 등과 같은 (메타)아크릴산 모노머; 메타크릴레이트, 아크릴레이트, 알킬 메타크릴레이트, 알킬 아크릴레이트 등과 같은 지방족 아크릴레이트; 사이클로알킬 메타크릴레이트, 사이클로알킬 아크릴레이트 등과 같은 지환족 (메타)아크릴레이트; 및/또는 페닐 메타크릴레이트, 페닐 아크릴레이트, 벤질 메타크릴레이트, 벤질 아크릴레이트와 같은 방향족 (메타)아크릴레이트 모노머 등으로부터 유도된 반복 단위를 의미한다.
한편, 상기 제2공중합체는 상기한 모노머들을 공중합하여 제조할 수도 있고, 시판되는 스티렌계 공중합체 및/또는 아크릴계 공중합체를 구입하여 사용할 수 있다. 본 발명에서 사용가능한 제2공중합체로는, 예를 들면, LG 화학의 XT510, LGMMA사의 HP202, EG920, HP05, Evonik Degussa의 HW55, FT15 및 Asahi Kasei의 AK 80N 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 이외 다양한 제조사에서 공급되는 아크릴계 및/또는 스티렌계 공중합체를 사용할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 광학 필름용 수지 조성물은 제1공중합체와 제2공중합체를 컴파운딩하여 제조될 수 있으며, 이때, 상기 컴파운딩 수지 내에 상기 제1공중합체와 제2공중합체는 95 : 5 ~ 99.5 : 0.5의 중량 비율로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 제1공중합체와 제2공중합체의 함량이 상기 범위를 만족할 때, 상용성 및 위상차값이 우수하게 나타나기 때문이다.
한편, 본 발명의 광학 필름용 수지 조성물은 식 (1) IOH/ICH ＜ 1.7을 만족하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 식(1)에서, IOH는 상기 수지 조성물의 FT-IR 스펙트럼에서 3200~3600cm-1 범위에서 나타나는 O-H 신축 진동 밴드에 대한 적분값이며, ICH는 2850~3000cm-1 범위에서 나타나는 C-H 신축 진동 밴드에 대한 적분값을 의미한다. 본 발명자들의 연구에 따르면, 필름 제막 공정에서 가해지는 열에 의해 제1공중합체의 (메타)아크릴산 단위가 [화학식 1]로 전환되면서 기포가 발생하는 것으로 밝혀졌다. 즉, 기포 발생 유무는 수지 조성물 내의 (메타)아크릴산 단위의 비율과 밀접한 관련이 있는 것으로 나타났다. 이때, 상기 수지 조성물 내의 (메타)아크릴산 단위의 비율은 수지 조성물의 FT-IR 스펙트럼의 IOH/ICH 값을 통해 나타낼 수 있으며, 본 발명자들의 연구에 따르면, ATR-IR 장치를 통해 측정한 수지 조성물의 FT-IR 스펙트럼 데이터에서 상기 IOH/ICH 값이 1.7 미만인 경우에, 필름 제막 시 기포 발생이 현저하게 감소하는 것으로 확인되었다.
한편, 상기 식 (1)을 만족하는 본 발명의 수지 조성물은, 이로써 한정되는 것은 아니나, 예를 들면, 제1공중합체와 제2공중합체의 컴파운딩 과정에서 진공도를 조절하거나, 이물이나 겔 등을 여과하기 위해 사용되는 폴리머 필터의 온도를 조절함으로써 제조될 수 있다. 컴파운딩 단계에서 건식 펌프를 압출기 벤트(Vent)부에 적용하여 높은 진공도를 걸어주거나, 폴리머 필터의 온도가 압출 온도보다 높을 경우, 수지 내에 잔류하는 미반응 모노머의 추가 반응을 유도할 수 있고, 이 과정에서 잔류 (메타)아크릴산이 추가 반응을 통해 화학식 I의 단위로 전환되면서 OH 기 함유량이 낮은 수지 조성물, 즉, 식 (1)을 만족하는 수지 조성물을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 광학 필름용 수지 조성물은 유리전이온도가 120℃ 내지 500℃정도인 것이 바람직하며, 125℃ 내지 500℃ 인 것이 더 바람직하고, 125℃ 내지 200℃인 것이 가장 바람직하다. 또한, 가공성, 내열성 및 생산성 측면에서 중량평균분자량은 5만 내지 50만, 더 바람직하게는 5만 내지 20만 정도인 것이 좋다. 또한, 투명도(헤이즈)는 0.1 내지 3% 정도인 것이 바람직하며, 광 투과도가 90%이상인 것이 바람직하다. 또한, 엘로우 인덱스 값이 0.3 내지 2.0 정도인 것이 바람직하다. 상기의 값을 벗어나게 되면 디스플레이 색감이 변할 수 있다.
다른 측면에서 본 발명은 상기 본 발명의 수지 조성물을 포함하는 광학 필름에 관한 것이다.
상기 광학 필름은 상기 수지 조성물을 용액 캐스터법이나 압출법과 같은 당해 기술 분야에 잘 알려진 방법에 따라 필름 형태로 제조할 수 있다. 경제적인 면을 고려할 때 압출법을 사용하는 것이 더 바람직하다. 경우에 따라 필름 제조 공정 시에, 필름의 물성을 해하지 않는 범위 내에서 개량제와 같은 첨가제를 추가로 첨가할 수 있으며, 일축 또는 이축 연신 단계가 추가로 수행될 수 있다.
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 10도 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.
한편, 상기 연신은, 상기 수지 조성물의 유리전이온도를 Tg라 할 때, (Tg-20)℃ ~ (Tg+30)℃의 저장 탄성율이 저하되기 시작하고, 이에 따라 손실 탄성율이 저장 탄성율보다 커지게 되는 온도부터, 고분자 사슬의 배향이 완화되어 소실되는 온도까지의 영역을 가리키는 것이다. 수지 조성물의 유리전이온도는 시차주사형 열량계(DSC)에 의해 측정될 수 있다. 상기 연신 공정시의 온도는 수지 조성물의 유리전이온도인 것이 더 바람직하다.
연신 속도는 소형 연신기(universal testing machine, Zwick Z010)의 경우는 1 내지 100min/min의 범위 내에서, 그리고 파일로트 연신 장비의 경우는 0.1 내지 2m/min의 범위 내에서 연신 조작을 행하는 것이 바람직하며, 연신 배율은 5 내지 300% 정도인 것이 바람직하다.
상기와 같은 연신 과정을 통해 필름의 위상차 특성을 조절할 수 있다.
한편, 상기와 같은 방법으로 제조된 본 발명의 광학 필름은 파장 580nm에서 면 방향 위상값(Rin)이 0 내지 10nm이고, 두께 방향 위상차값(Rth)이 -5 내지 10nm 정도이다. 여기서 상기 면 방향 위상차값은 하기 수학식 1로 정의된 값을 말하며, 두께 방향 위상차값은 하기 수학식 2로 정의된 값을 말한다.
[수학식 1]
Rin=(nx-ny)×d
[수학식 2]
Rth=(nz-ny)×d
상기 [수학식 1] 및 [수학식 2]에서, nx는 필름의 면 방향에 있어서, 가장 굴절율이 큰 방향의 굴절율이고, ny는 필름의 면 방향에 있어서, nx 방향의 수직 방향의 굴절율이며, nz는 두께 방향의 굴절율이고, d는 필름의 두께이다.
또한, 본 발명의 광학 필름은 열팽창계수가 50 내지 70ppm/K 정도로, 종래의 아크릴계 필름에 비해 낮은 열팽창계수를 갖는다. 이와 같이 열팽창계수가 낮기 때문에, 본 발명의 광학 필름을 편광판에 적용할 경우, 컬 발생을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 광학 필름은 그 두께가 20 ~ 200㎛, 바람직하게는 40 ~ 120㎛이며, 투명도는 0.1 내지 3% 정도이며, 광 투과도가 90% 이상인 것이 바람직하다. 필름의 두께, 투명도 및 투과도가 상기 범위 내일 때 편광판 보호 필름으로 사용되기 적합하기 때문이다.
또 다른 측면에서 본 발명은 편광자 및 상기 편광자의 적어도 일면에 보호 필름으로 구비된 본 발명에 따른 광학 필름을 포함하는 편광판에 관한 것이다. 본 발명에 따른 광학 필름은 편광자의 양면에 구비될 수도 있고, 일면에만 구비될 수도 있다. 본 발명의 광학 필름이 편광자의 일면에 구비될 경우, 다른 한 면에는, 당해 기술 분야에 잘 알려진 편광자 보호 필름, 예를 들면, TAC 필름, PET 필름, COP필름, PC 필름, 노보넨계 필름 등이 구비될 수 있으며, 이 중에서도 경제성 등을 고려할 때, TAC 필름이 특히 바람직하다. 본 발명의 광학 필름은 열팽창계수가 TAC 필름과 유사하기 때문에, 편광자 일면에 TAC 필름이 부착되고, 다른 면에 본원 발명의 광학 필름이 부착되는 경우, 열팽창계수 차이로 인해 발생하는 컬 현상을 최소화할 수 있다.
한편, 상기 편광자와 본 발명의 광학 필름 및/또는 보호 필름의 부착은, 롤 코터, 그라비어 코터, 바 코터, 나이프 코터 또는 캐필러리 코터 등을 사용하여 필름 또는 편광자의 표면에 접착제를 코팅한 후, 보호 필름과 편광자를 합지 롤로 가열 합지하거나, 상온 압착하여 합지하는 방법에 의해 수행될 수 있다. 한편, 상기 접착제로는 당해 기술 분야에서 사용되는 접착제들, 예를 들면, 폴리비닐알코올계 접착제, 폴리우레탄계 접착제, 아크릴계 접착제 등이 제한 없이 사용될 수 있다.
상기와 같이 제조되는 본 발명의 편광판은 바람직하게는, 25℃, 50% RH에서 24시간 방치 후의 편광판 휨각이 150도 이하인 것이 바람직하며, 특히, 120° ~ 150° 정도인 것이 좋다. 편광판 휨각이 150°를 초과하면, 편광판의 컬이 심하게 발생되어 디스플레이 품질을 떨어뜨릴 수 있다. 여기서 상기 휨각은 휘어진 편광판을 원호로 보고 측정한 중심각을 의미한다.
또 다른 측면에서 본 발명은 상기 본 발명의 편광판이 포함된 화상표시장치에 관한 것이다. 이때 상기 화상표시장치는, 예를 들면, 액정표시장치(LCD), 플라즈마 디스플레이(PDP), 전계발광장치(LED) 등일 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시에는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
벤질 메타크릴레이트 6 중량부, 메틸 메타크릴레이트 84중량부, 메타크릴산 10중량부를 혼합한 단량체 혼합물을 톨루엔 용매에 80 : 20의 중량 비율(단량체 혼합물 : 톨루엔)로 혼합하고, 이 혼합 용액에 중합 개시제인 다이큐밀퍼록사이드 0.03중량부(DCP), 분자량 조절제인 t-도데실머캡탄(TDDM) 0.5중량부, 산화 방지제인 이가녹스 245 0.2 중량부를 넣어 중합 용액을 제조한 후, 연속 괴상 중합으로 반응온도 155℃, 16L 반응기에서 시간당 12L 속도로 연속 투입하였다. 전환율 50% 미만에서 이후 일련의 반응기로 이송하고, 최종 전환율이 80%에 도달하였을 때, 20Torr, 250℃ 탈 휘발조로 이송하였다. 탈 휘발조에서 미반응 단량체와 용매를 제거하여 펠렛 상태의 제1공중합체를 얻었다. 제조된 제1공중합체 성분을 C13-NMR을 이용하여 측정한 결과, 메틸 메타크릴레이트 단위 84 중량부, 벤질 메타크릴레이트 단위 5 중량부, 메타크릴산 단위 3 중량부 및 글루타르산 무수물 단위 8 중량부를 포함하는 것으로 나타났다.
상기와 같이 얻어진 제1공중합체 98.8중량부와 스티렌계 공중합체 수지(XT510, LG Chem.)(제2공중합체) 1.2중량부를 이축 압출기를 이용하여 250℃ 온도에서 혼련하였으며, 이 과정에서 높은 진공도를 구현할 수 있는 건식 펌프를 압출기 벤트부에 사용하였다. 또한, 수지 내에 포함된 이물 및 겔을 여과하기 위해 5㎛ 기공 크기를 갖는 폴리머 필터를 사용하였으며, 폴리머 필터의 온도를 280℃로 압출 온도보다 30℃ 높게 설정하였다. 상기와 같이 제조된 수지 조성물의 유리전이온도를 Mettler Toledo사의 시차주사열량체(DSC823)를 이용하여 측정하였으며, 측정 결과는 [표 1]에 나타내었다.
그런 다음, 제조된 수지 조성물을 T-다이 압출기를 이용하여 180㎛ 두께의 광학 필름으로 제조하였다. 이 과정에서 기포 발생 유무를 육안으로 관찰하였다. 또한, ATR-IR(Excalibur 3100, Varian)을 이용하여, 상기와 같이 제조된 필름의 FT-IR 스펙트럼을 측정하여 IOH/ICH 값을 계산하였다. 측정 결과는 [표 1]에 나타내었다.
그런 다음, 상기 광학 필름을 실험용 연신기(X6H, Toyoseiki)를 이용하여 132℃ 온도에서 200min/min 속도로 X축, Y축으로 각각 100% 연신하여 두께 40㎛의 광학 필름을 제조하였다.
그런 다음, 연신 후 제조된 광학 필름의 위상차 값 및 열팽창 계수를 측정하였다. 이때, 상기 위상차값은 Axometrics사의 Axoscan을 이용하여 측정하였으며, 열팽창계수는 Mettler Toledo사의 TMA840을 사용하여 측정하였다. 측정 결과는 [표 1]에 나타내었다.
실시예 2
제1공중합체와 스티렌계 공중합체 수지(제2공중합체)를 260℃에서 혼련한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 필름을 제조하였으며, 실시예 1과 동일한 방법으로 수지 조성물의 유리전이온도, 기포 발생 유무, IOH/ICH 값, 위상차값 및 열팽창계수를 측정하였다. 측정 결과는 [표 1]에 나타내었다.
실시예 3
제1공중합체와 스티렌계 공중합체 수지(제2공중합체)를 270℃에서 혼련한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 필름을 제조하였으며, 실시예 1과 동일한 방법으로 수지 조성물의 유리전이온도, 기포 발생 유무, IOH/ICH 값, 위상차값 및 열팽창계수를 측정하였다. 측정 결과는 [표 1]에 나타내었다.
실시예 4
제1공중합체와 스티렌계 공중합체 수지(제2공중합체)를 280℃에서 혼련한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 필름을 제조하였으며, 실시예 1과 동일한 방법으로 수지 조성물의 유리전이온도, 기포 발생 유무, IOH/ICH 값, 위상차값 및 열팽창계수를 측정하였다. 측정 결과는 [표 1]에 나타내었다.
비교예 1
제1공중합체와 스티렌계 공중합체 수지(제2공중합체)를 260℃에서 혼련하고, 압출 벤트부에 수봉식 펌프를 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 필름을 제조하였으며, 실시예 1과 동일한 방법으로 수지 조성물의 유리전이온도, 기포 발생 유무, IOH/ICH 값, 위상차값 및 열팽창계수를 측정하였다. 측정 결과는 [표 1]에 나타내었다.
비교예 2
제1공중합체와 스티렌계 공중합체 수지(제2공중합체)를 260℃에서 혼련하고, 폴리머 필터의 온도를 270℃로 설정한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 필름을 제조하였으며, 실시예 1과 동일한 방법으로 수지 조성물의 유리전이온도, 기포 발생 유무, IOH/ICH 값, 위상차값 및 열팽창계수를 측정하였다. 측정 결과는 [표 1]에 나타내었다.
비교예 3
제1공중합체와 스티렌계 공중합체 수지(제2공중합체)를 270℃에서 혼련하고, 폴리머 필터의 온도를 270℃로 설정한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 필름을 제조하였으며, 실시예 1과 동일한 방법으로 수지 조성물의 유리전이온도, 기포 발생 유무, IOH/ICH 값, 위상차값 및 열팽창계수를 측정하였다. 측정 결과는 [표 1]에 나타내었다.
비교예 4
제1공중합체와 스티렌계 공중합체 수지(제2공중합체)를 280℃에서 혼련하고, 폴리머 필터의 온도를 270℃로 설정한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 필름을 제조하고자 하였으나, 압출기 벤트 부에서 수지 넘침 현상이 발생하여 펠렛 시료를 얻지 못했다.
구분 혼련 조건 유리전이온도(℃) IOH/ICH 기포유무 연신위상차(nm) CTE
(ppm/℃)
압출온도(℃) 필터온도(℃) 펌프종류 진공도
(mmHg)		 Rin Rth
실시예 1 250 280 건식 160 122 1.6 없음 1.4 2.6 60
실시예 2 260 280 건식 160 122 1.4 없음 1.0 2.1 58
실시예 3 270 280 건식 160 122 1.2 없음 1.1 2.3 52
실시예 4 280 280 건식 160 122 1.2 없음 1.1 2.0 54
비교예 1 260 280 수봉식 300 121 2.8 있음 1.2 2.4 73
비교예 2 260 270 건식 160 122 1.8 있음 1.0 2.5 69
비교예 3 270 270 건식 160 122 1.7 있음 1.1 2.3 67
비교예 4 280 270 건식 160 - - - - - -

Claims (24)

  1. 알킬 (메타)아크릴레이트 단위; 벤질 (메타)아크릴레이트 단위; (메타)아크릴산 단위; 및 하기 화학식 I로 표시되는 단위를 포함하는 제1공중합체; 및
    부의 위상차 특성을 갖는 제2공중합체를 포함하며,
    하기 식(1)을 만족하는 광학 필름용 수지 조성물.
    [화학식 I]
    Figure pat00004

    상기 화학식 1에서, X는 NR3 또는 O이며,
    상기 R1, R2 및 R3는 각각 수소, C1 ~ 10알킬, C3 ~ 20 시클로알킬 또는 C3 ~ 20아릴임.

    식(1): IOH/ICH ＜ 1.7
    상기 식(1)에서, IOH는 상기 수지 조성물의 FT-IR 스펙트럼에서 3200~3600cm-1 범위에서 나타나는 O-H 신축 진동 밴드에 대한 적분값이며, ICH는 2850~3000cm-1 범위에서 나타나는 C-H 신축 진동 밴드에 대한 적분값임.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1공중합체는 제1공중합체 100중량부에 대하여,
    55 내지 94 중량부의 알킬 (메타)아크릴레이트 단위;
    2 내지 20 중량부의 벤질 (메타)아크릴레이트 단위;
    1 내지 10 중량부의 (메타)아크릴산 단위; 및
    3 내지 15 중량부의 하기 화학식 I로 표시되는 단위를 포함하는 것인 광학 필름용 수지 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 (메타)아크릴산 단위의 함량이 1 내지 2중량부인 광학 필름용 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 알킬 (메타)아크릴레이트 단위의 알킬 기는 탄소수가 1 ~ 10인 광학 필름용 수지 조성물.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 알킬 (메타)아크릴레이트 단위는 메틸 메타크릴레이트인 광학 필름용 수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 벤질 (메타)아크릴레이트 단위는 벤질 메타크릴레이트인 광학 필름용 수지 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 (메타)아크릴산 단위는 아크릴산, 메타크릴산, 메틸아크릴산, 메틸메타크릴산, 에틸아크릴산, 에틸메타크릴산, 부틸아크릴산 및 부틸 메타크릴산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 광학 필름용 수지 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 I로 표시되는 단위는 글루타르산 무수물인 광학 필름용 수지 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1공중합체는 제1공중합체 100중량부에 대하여,
    55 내지 94 중량부의 메틸 메타크릴레이트 단위;
    2 내지 20 중량부의 벤질 메타크릴레이트 단위;
    1 내지 10 중량부의 메타크릴산 단위; 및
    3 내지 15 중량부의 글루타르산 무수물 단위를 포함하는 것인 광학 필름용 수지 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2공중합체는 스티렌계 공중합체, 아크릴계 공중합체 또는 이들의 조합인 광학 필름용 수지 조성물.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 스티렌계 공중합체는 스티렌 단위, 알킬 (메타)아크릴레이트 단위 및 아크릴로니트릴 단위를 포함하는 것인 광학 필름용 수지 조성물.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1공중합체와 제2공중합체가 95 : 5 ~ 99.5 : 0.5의 중량 비율로 포함되는 광학 필름용 수지 조성물.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 광학 필름용 수지 조성물은 유리전이온도가 120℃ 내지 500℃인 광학 필름용 수지 조성물.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 광학 필름용 수지 조성물은 투명도가 0.1 내지 3%인 광학 필름용 수지 조성물.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 광학 필름용 수지 조성물은 엘로우 인덱스가 0.3 내지 2.0인 광학 필름용 수지 조성물.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 광학 필름용 수지 조성물은 투명도가 0.1 내지 3%이고, 엘로우 인덱스가 0.3 내지 2.0인 광학 필름용 수지 조성물.
  17. 청구항 1 내지 16 중 어느 한 항의 광학 필름용 수지 조성물을 포함하는 광학 필름.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 광학 필름은 파장 580nm에서 하기 수학식 1로 표시되는 면 방향 위상차값이 0nm 내지 10nm이고, 하기 수학식 2로 표시되는 두께 방향 위상차값이 -5nm 내지 10nm인 광학 필름.
    [수학식 1]
    Rin=(nx-ny)×d
    [수학식 2]
    Rth=(nz-ny)×d
    상기 수학식 1 및 수학식 2에서,
    nx는 필름의 면 방향에 있어서, 가장 굴절율이 큰 방향의 굴절율이고,
    ny는 필름의 면 방향에 있어서, nx 방향의 수직 방향의 굴절율이며,
    nz는 두께 방향의 굴절율이며,
    d는 필름의 두께임.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 광학 필름은 열팽창계수가 50 ~ 70ppm/℃인 광학 필름.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 광학 필름은 파장 580nm에서 하기 수학식 1로 표시되는 면 방향 위상차값이 0nm 내지 10nm이고, 하기 수학식 2로 표시되는 두께 방향 위상차값이 -5nm 내지 10nm이고, 열팽창계수가 50 ~ 70ppm/℃인 광학 필름.
    [수학식 1]
    Rin=(nx-ny)×d
    [수학식 2]
    Rth=(nz-ny)×d
    상기 수학식 1 및 수학식 2에서,
    nx는 필름의 면 방향에 있어서, 가장 굴절율이 큰 방향의 굴절율이고,
    ny는 필름의 면 방향에 있어서, nx 방향의 수직 방향의 굴절율이며,
    nz는 두께 방향의 굴절율이며,
    d는 필름의 두께임.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 광학 필름은 편광판 보호 필름인 광학 필름.
  22. 편광자; 및
    상기 편광자의 적어도 일면에 부착되는 청구항 17의 광학 필름을 포함하는 편광판.
  23. 제22항에 있어서,
    25℃, 50% RH에서 24시간 방치 후의 편광판 휨각이 150도 이하인 편광판.
  24. 청구항 17의 광학 필름을 포함하는 화상표시장치.
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