KR20160103821A - 편광자의 제조방법, 이를 이용하여 제조된 편광자, 이를 포함하는 편광판 및 화상표시장치 - Google Patents

편광자의 제조방법, 이를 이용하여 제조된 편광자, 이를 포함하는 편광판 및 화상표시장치 Download PDF

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Abstract

본 명세서는 편광자의 제조방법, 이를 이용하여 제조된 편광자, 이를 포함하는 편광판 및 화상표시장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 편광자 표면의 이물을 제거하는 단계를 포함하는 편광자의 제조방법, 이를 이용하여 제조된 편광자 및 이를 포함하는 편광판 및 화상표시장치에 관한 것이다.

Description

편광자의 제조방법, 이를 이용하여 제조된 편광자, 이를 포함하는 편광판 및 화상표시장치{METHOD FOR MANUFACTURING POLARIZER, POLARIZER MANUFACTURED BY THE SAME AND POLARIZING PLATE AND IMAGE DISPLAY DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 명세서는 편광자의 제조방법, 이를 이용하여 제조된 편광자, 이를 포함하는 편광판 및 화상표시장치에 관한 것이다.
편광판에 사용되는 편광자는 자연광 또는 임의의 편광을 특정 방향의 편광으로 만들기 위한 광학 소자로, 액정표시소자, 유기발광소자(OLED)와 같은 디스플레이 장치에 널리 이용되고 있다. 현재 상기 디스플레이 장치에 사용되는 편광자로는 요오드계 화합물 또는 이색성 염료를 함유하는 분자 사슬이 일정한 방향으로 배향된 폴리비닐알코올계 편광 필름이 일반적으로 사용되고 있다.
상기 폴리비닐알코올계 편광필름은 폴리비닐알코올계 필름에 요오드 또는 이색성 염료를 염착시킨 후, 일정 방향으로 연신하고 가교하는 방법에 의해 제조되고 있으며, 이때 상기 연신 공정은 붕산 수용액 또는 요오드 수용액과 같은 용액 상에서 수행되는 습식 연신 또는 대기 중에서 수행되는 건식 연신 등으로 수행될 수 있고, 연신 배율은 일반적으로 5배 이상이다.
그러나, 이와 같은 제조 공정 시 충분한 세정이 이루어지지 않을 경우, 폴리비닐알코올계 편광필름의 표면에 잔류하는 염료 등에 의한 오염이 발생하며, 이러한 오염은 편광자 외관 불량, 광특성 저하 등의 불량을 야기한다는 문제점이 있다.
이에, 편광자의 물성 저하를 야기하지 않으면서 편광자 표면에 존재하는 염료 등의 세정이 충분히 이루어질 수 있는 편광자 제조 공정에 대한 연구가 필요한 실정이다.
일본 공개 공보 2002-350638
본 명세서는 편광자의 제조방법, 이를 이용하여 제조된 편광자, 이를 포함하는 편광판 및 화상표시장치를 제공하고자 한다. 보다 구체적으로, 편광자 표면의 이물을 제거하는 단계를 포함하는 편광자의 제조방법, 이를 이용하여 제조된 편광자 및 이를 포함하는 편광판 및 화상표시장치를 제공하고자 한다.
본 명세서의 일 실시상태는
미연신 폴리비닐알코올계 필름에 요오드 및 이색성 염료 중 적어도 하나의 염료를 염착시키는 단계;
상기 폴리비닐알코올계 필름을 연신하는 단계;
상기 폴리비닐알코올계 필름을 세정하는 단계;
상기 폴리비닐알코올계 필름을 건조하는 단계;
상기 건조하는 단계 이후에 세정하는 단계; 및
상기 연신하는 단계 전 또는 연신하는 단계 중에 상기 폴리비닐알코올계 필름과 상기 염료를 가교시키는 단계를 포함하는 편광자 제조방법을 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태는 또한, 전술한 제조방법에 따라 제조된 편광자를 제공한다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태는 상기 편광자를 포함하는 편광판을 제공한다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태는 표시 패널; 및 상기 표시 패널의 일면 또는 양면에 부착되어 있는 상기 편광판을 포함하는 화상표시장치를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 편광자 제조방법으로 제조된 편광자는 광특성 저하없이 편광자 표면 이물 개선 효과를 보인다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 편광자 제조방법은 편광자의 외관 변형 발생율 및 발생 정도가 완화시키며, 불량발생률도 줄일 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 편광자 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2 및 도 3은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 편광판의 각 구성요소의 적층순서를 예시한 것이다.
도 4는 건조 단계 이후에 세정 단계 수행 여부에 따른 폴리비닐알코올 필름 표면에 잔류 이물 형상을 광학 현미경으로 촬영한 이미지이다.
이하, 본 명세서를 더욱 상세히 설명한다.
본 명세서의 일 실시상태는 미연신 폴리비닐알코올계 필름에 요오드 및 이색성 염료 중 적어도 하나 이상을 염착시키는 단계(이하 '염착 단계'); 상기 폴리비닐알코올계 필름을 연신하는 단계(이하 '연신 단계'); 상기 폴리비닐알코올계 필름을 세정하는 단계(이하 '세정 단계'); 상기 폴리비닐알코올계 필름을 건조하는 단계(이하 '건조 단계'); 상기 건조하는 단계 이후에 세정하는 단계(이하 '건조 후 세정 단계'); 및 상기 연신하는 단계 전 또는 연신하는 단계 중에 상기 폴리비닐알코올계 필름과 상기 염료를 가교시키는 단계(이하 '가교 단계')를 포함하는 편광자 제조방법을 제공한다.
종래 편광자 제조방법의 경우, 편광자 표면의 이물 제거를 위하여, 연신 단계 이후에 세정 및 건조하는 단계를 포함하고 있으나, 이와 같은 방법으로는 편광자 표면의 이물 제거가 충분히 이루어지지 못하였다. 이에, 본 명세서의 발명자들은 연구를 거듭한 결과, 건조 단계 이후에 세정하는 단계를 한번 더 추가하여 편광자 표면에 잔류하는 이물로 인한 오염 발생을 최소화할 수 있음을 알아내었다. 건조 단계 이후에 추가의 세정 단계를 수행한 경우와 추가의 세정 단계를 수행하지 않은 경우의 폴리비닐알코올계 필름 표면의 잔류 이물 여부를 비교하기 위해 광학 현미경으로 촬영한 이미지를 도 4에 첨부하였다. 도 4를 통해, 건조 단계 이후에 추가의 세정 단계를 수행한 경우, 그렇지 않은 경우에 비하여 폴리비닐알코올 필름 표면의 이물이 적음을 알 수 있다.
한편, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 세정하는 단계와 상기 건조하는 단계 사이에 상기 폴리비닐알코올계 필름의 색을 보정하는 보색 단계를 추가로 포함할 수 있다. 보색 단계란 폴리비닐알코올계 필름(편광자)의 색을 보정하는 단계로, 당 기술분야에 알려진 방법으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 붕산과 요오드화칼륨(KI)이 혼합된 수용액에 침적하는 방법으로 수행될 수 있다. 상기 수용액에 포함되는 요오드화칼륨(KI)의 농도는 이에 제한되는 것은 아니나, 4.5% 내지 6%일 수 있다. 구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 염착 단계, 가교 단계, 연신 단계, 세정 단계, 보색 단계, 건조 단계 및 건조 후 세정 단계의 순으로 편광자를 제조할 수 있다. 보색 단계를 거친 후, KI 등의 보색 용액이 편광자 표면에 불균일하게 잔류할 수 있고, 이 경우, KI 등의 보색 용액이 다소 밀집하여 분포하고 있는 부분이 오븐 등의 고온 건조 환경 하에 놓이면 과보색이 일어나 붉은 점 혹은 선 등의 불량을 야기하게 된다. 이에, 양질의 편광자 제조를 위해서는 보색 단계 이후에 잔류 보색 용액을 제거하는 단계가 필요하다. 다만, 보색 단계 직후 건조 단계를 거치지 않고 바로 세정 단계를 수행하는 경우, 보색 단계에서의 색 보정 효과를 감소시켜 비효율적이며, 광특성 저하도 유발하여 잔류 보색 용액을 효과적으로 제거하는 데 적합하지 않다. 따라서, 본 명세서의 일 실시상태와 같이 보색 단계 이후 건조 단계를 수행한 후에 추가의 세정 단계를 수행하는 것이 광특성 저하없이 폴리비닐알코올계 필름(편광자) 표면의 이물 개선 효과를 효율적으로 구현할 수 있다.
상기 건조 후 세정 단계는 단시간 내에 수행되는 것이 광특성 저하 방지 차원에서 바람직하다. 구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 건조하는 단계 이후에 세정하는 단계는 2초 이하로 수행되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 약 1초 정도 수행되는 것이 바람직하다. 2초 이하로 수행될 경우, 광특성 하락없이 외관이 양호한 편광자를 제조할 수 있다는 장점이 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 건조 후 세정 단계 이후에 상기 폴리비닐알코올계 필름 표면의 수분을 제거하는 수절 단계를 추가로 포함할 수 있다. 건조 후 세정 단계를 거친 폴리비닐알코올계 필름 표면에 수분이 남게 되며, 그대로 공기 중에 방치하면 폴리비닐알코올계 필름 표면의 수분이 증발하면서 필름 수축을 유발하여 굴곡이 발생한다는 문제점이 있다. 이에, 건조 후 세정 단계 이후에 수절 단계를 수행함으로써 상기와 같은 문제점을 방지할 수 있다는 장점이 있다. 이때, 상기 수절 단계는 당 기술분야에 알려진 일반적인 방법으로 수행될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니나, 예를 들면, 티슈 또는 무진천 등으로 물기를 제거하는 방법이 이용될 수 있다.
한편, 폴리비닐알코올계 필름의 건조는 충분히 이루어지는 것이 바람직하다. 구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 건조 단계는 3분 이상 수행되는 것이 바람직하다. 본 명세서의 발명자들은 건조 단계를 3분 미만 수행하여 편광자를 제조한 경우, 편광자 외관의 주름 발생이 심하고, 광특성이 악화되는 것을 알아내었다. 한편, 상기 건조 단계는 공정 효율성 관점에서 5분 이하로 수행되는 것이 바람직하다.
즉, 건조가 충분히 이루어진 후 단시간 동안 세정하는 단계를 수행하는 경우, 가장 효율적으로 편광자 표면에 잔류하는 이물을 제거할 수 있다.
한편, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 건조 후 세정 단계는 순수(純水)를 이용하여 수행될 수 있다. 구체적으로, 편광자를 순수가 담긴 순수조에 침지하거나, 순수인 샤워수를 뿌리는 방법이 이용될 수 있으나, 이에 의하여 한정되는 것은 아니다. 순수는 편광자에 광특성 변화를 유발할 수 있는 화학적 부반응(side effect)을 일으키지 않아 세정 단계에 적용하기 용이하다는 장점이 있다.
도 1에서는 상기 편광자 제조방법의 순서를 도식화하여 나타내었다. 도 1을 참고하여 설명하자면, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 제조방법은 염착 단계, 가교 단계, 연신 단계, 세정 단계, 건조 단계 및 건조 후 세정 단계 순으로 수행될 수 있다. 다만, 건조 단계 이후에 세정하는 단계 이외에 수행 순서는 상기 순서에 반드시 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 가교 단계는 세정 단계와 동시에 진행될 수도 있다.
이하, 본 명세서의 편광자 제조방법의 각 단계를 보다 구체적으로 설명한다.
먼저, 상기 염착 단계는 요오드 분자 및/또는 이색성 염료를 폴리비닐알코올계 필름에 염착시키기 위한 것으로, 요오드 분자 및/또는 이색성 염료 분자는 편광자의 연신 방향으로 진동하는 빛은 흡수하고, 수직 방향으로 진동하는 빛은 통과시킴으로써, 특정한 진동 방향을 갖는 편광을 얻을 수 있도록 해줄 수 있다. 이때, 상기 염착은, 예를 들면, 폴리비닐알코올계 필름을 요오드 용액 및/또는 이색성 염료를 함유하는 용액이 담긴 처리욕에 함침시킴으로써 이루어질 수 있다.
이때, 상기 염착 단계의 용액에 사용되는 용매는 물이 일반적으로 사용되지만, 물과 상용성을 갖는 유기 용매가 적당량 첨가되어 있어도 된다. 한편, 요오드 및/또는 이색성 염료는 용매 100 중량부에 대해서, 0.06 중량부 내지 0.25 중량부로 사용될 수 있다. 목표하는 편광자의 단체 투과도에 따라 염착 단계에서의 요오드 등의 이색성 물질의 농도를 조절할 수 있다. 상기 요오드 등의 이색성 물질이 상기 범위 내일 경우, 연신 이후에 제조된 편광자의 투과도가 40% 내지 47%의 범위를 만족할 수 있다.
한편, 이색성 물질로서 요오드를 이용하는 경우에는, 염착 효율의 개선을 위해 요오드화 화합물 등의 보조제를 추가로 함유하는 것이 바람직하며, 상기 보조제는 용매 100 중량부에 대하여 2.5 중량부 내지 3 중량부의 비율로 사용될 수 있다. 이때, 상기 요오드화 화합물 등의 보조제를 첨가하는 이유는, 요오드의 경우, 물에 대한 용해도가 낮기 때문에 물에 대한 요오드의 용해도를 높이기 위해서이다. 한편, 상기 요오드와 요오드화 화합물의 배합 비율은 중량기준으로 1:5 내지 1:10이 바람직하다.
상기 추가될 수 있는 요오드화 화합물의 구체적인 예로는, 요오드화 칼륨, 요오드화 리튬, 요오드화 아연, 요오드화 알루미늄, 요오드화 납, 요오드화 구리, 요오드화 바륨, 요오드화 칼슘, 요오드화 주석, 요오드화 티탄 또는 이들의 혼합물 등을 들 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
한편, 처리욕의 온도로는 25℃ 내지 40℃ 정도로 유지되는 것이 바람직하다. 처리욕의 온도가 25℃ 미만인 경우 염착 효율이 떨어질 수 있으며, 40℃를 초과하는 경우 요오드의 승화가 많이 일어나 요오드의 사용량이 늘어날 수 있다.
이때, 폴리비닐알코올계 필름을 처리욕에 침지하는 시간은 30초 내지 120초 정도인 것이 바람직하다. 침지시간이 30초 미만일 경우 폴리비닐알코올계 필름에 염착이 균일하게 이루어지지 않을 수 있으며, 120초를 초과할 경우에는 염착이 포화(saturation)되어 더 이상 침지할 필요가 없기 때문이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 염착 단계 이후에 잔류하는 염료 등의 염착액을 제거하기 위한 세정 단계(이하 '염착 후 세정 단계')를 추가로 포함할 수 있다. 이 때, 세정 단계는 붕산 수용액을 이용하여 수행하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 붕산 농도가 0.1 내지 2.5 중량% 또는 0.5 중량% 내지 1 중량%인 붕산 수용액을 이용하여 수행할 수 있다. 상기 붕산 수용액에는 요오드가 약 70ppm 포함될 수도 있다. 상기 세정 단계에서 가교 반응이 일정 부분 진행될 수 있다.
한편, 가교 단계는 요오드 및/또는 이색성 염료가 폴리비닐알코올 고분자 매트릭스에 흡착되도록 하기 위한 것으로, 폴리비닐알코올계 필름을 붕산 수용액 등이 담겨있는 가교욕에 침적시켜 수행하는 침적법이 일반적으로 사용되지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 폴리비닐알코올계 필름에 가교제를 포함하는 용액을 도포하거나 분사하는 도포법 또는 분무법에 의해 수행될 수도 있다.
이때, 상기 가교욕의 용액에 사용되는 용매는 물이 일반적으로 사용되지만, 물과 상용성을 갖는 유기 용매가 적당량 첨가되어 있을 수 있으며, 상기 가교제는 용매 100 중량부에 대해 0.5 중량부 내지 5 중량부로 첨가될 수 있다. 이때, 상기 가교제가 0.5 중량부 미만으로 함유될 경우, 폴리비닐알코올계 필름 내에서 가교가 부족하여 수중에서 폴리비닐알코올계 필름의 강도가 떨어질 수 있으며, 5 중량부를 초과할 경우, 과도한 가교가 형성되어 폴리비닐알코올계 필름의 연신성을 저하시킬 수 있다. 상기 가교제의 구체적인 예로는, 붕산, 붕사 등의 붕소 화합물, 글리옥살, 글루타르알데히드 등을 들 수 있으며, 이들을 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 가교욕의 온도는 가교제의 양과 연신비에 따라 다르며, 이에 한정하는 것은 아니나, 일반적으로 45℃ 내지 60℃인 것이 바람직하다. 일반적으로 가교제의 양이 늘어나면 폴리비닐알코올계 필름 사슬의 유동성(mobility)을 향상시키기 위해 높은 온도조건으로 가교욕의 온도를 조절하며, 가교제의 양이 적으면 상대적으로 낮은 온도조건으로 가교욕의 온도를 조절한다. 그러나, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 편광판 제조방법은 5배 이상의 연신이 이루어지는 과정이기 때문에 폴리비닐알코올계 필름의 연신성 향상을 위해 가교욕의 온도를 45℃ 이상으로 유지하여야 한다. 한편, 가교욕에 폴리비닐알코올계 필름을 침지시키는 시간은 30초 내지 120초 정도인 것이 바람직하다. 침지시간이 30초 미만일 경우 폴리비닐알코올계 필름에 가교가 균일하게 이루어지지 않을 수 있으며, 120초를 초과할 경우에는 가교가 포화(saturation)되어 더 이상 침지할 필요가 없기 때문이다.
한편, 상기 가교 단계는 연신 단계 전에 별도로 수행될 수도 있고, 전술한 염착 후 세정 단계 및/또는 후술할 연신 단계와 동시에 수행될 수도 있다. 세정 단계 및 연신 단계와 동시에 수행될 경우, 세정 단계에서 가교 반응이 일정 부분 진행되기 시작하며, 연신 단계에서 본격적인 가교 반응이 진행된다.
한편, 연신 단계에서 연신이란 폴리비닐알코올계 필름의 고분자 사슬을 일정한 방향으로 배향시키기 위한 것으로, 연신 방법은 습식 연신법과 건식 연신법으로 구분할 수 있으며, 건식 연신법은 다시 롤간(inter-roll) 연신 방법, 가열 롤(heating roll) 연신 방법, 압축 연신 방법, 텐터(tenter) 연신 방법 등으로, 습식 연신 방법은 텐터 연신 방법, 롤간 연신 방법 등으로 구분된다.
본 명세서에 있어서, 연신 방법은 특별히 한정되지 않으나, 건식 연신법의 경우 텐터(tenter) 연신 방법을 이용하는 것이 바람직하며, 전술한 바와 같이 가교 단계를 동시에 진행할 수 있다는 측면에서 습식 연신법으로 수행되는 것이 더욱 바람직하다. 상기 습식 연신법은 이에 한정되는 것은 아니나 붕산 농도가 1 중량% 내지 5 중량% 또는 1.5 중량% 내지 4.5 중량%인 붕산 수용액에서 수행될 수 있다.
이때, 연신 단계는 상기 폴리비닐알코올계 필름을 4배 내지 10배의 연신비로 연신하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 폴리비닐알코올계 필름에 편광성능을 부여하기 위해서는 폴리비닐알코올계 필름의 고분자 사슬을 배향시켜야 하는데, 4배 미만의 연신비에서는 사슬의 배향이 충분히 일어나지 않을 수 있고, 10배 초과의 연신비에서는 폴리비닐알코올계 필름 사슬이 절단될 수 있기 때문이다.
이때, 상기 연신은 45℃ 내지 60℃의 연신온도로 연신하는 것이 바람직하다. 상기 연신온도는 가교제의 함량에 따라 달라질 수 있는데, 45℃ 미만의 온도에서는 폴리비닐알코올계 필름 사슬의 유동성이 저하되어 연신 효율이 감소될 수 있으며, 60℃를 초과하는 경우, 폴리비닐알코올계 필름이 연화되어 강도가 약해질 수 있기 때문이다. 한편, 상기 연신 단계는 상기 염착단계 또는 가교단계와 동시에 또는 별도로 진행될 수도 있다.
한편, 상기 연신은 폴리비닐알코올계 필름 단독으로 수행될 수도 있고, 폴리비닐알코올계 필름에 기재 필름을 적층한 후, 폴리비닐알코올계 필름과 기재 필름을 함께 연신하는 방법으로 수행될 수도 있다. 후자의 두계가 얇은 폴리비닐알코올계 필름(예를 들면, 60㎛ 이하의 PVA 필름)을 연신하는 경우, 연신 과정에서 폴리비닐알코올계 필름이 파단되는 것을 방지하기 위해 사용되는 것으로, 10㎛ 이하의 박형 PVA 편광자를 제조하기 위해 사용될 수 있다.
이 때, 상기 기재 필름으로는, 20℃ 내지 85℃ 온도 조건하에서 최대 연신 배율이 5배 이상인 고분자 필름들이 사용될 수 있으며, 예를 들면, 고밀도 폴리에틸렌 필름, 폴리우레탄 필름, 폴리프로필렌 필름, 폴리올레핀 필름, 에스테르계 필름, 저밀도 폴리에틸렌 필름, 고밀도 폴리에틸렌 및 저밀도 폴리에틸렌 공압출 필름, 고밀도 폴리에틸렌에 에틸렌 비닐아세테이트가 함유된 공중합체 수지 필름, 아크릴 필름, 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 폴리비닐알코올계 필름, 셀룰로오스계 필름 등이 사용될 수 있다. 한편, 상기 최대 연신 배율은 파단이 발생하기 직전의 연신 배율을 의미한다.
또한, 상기 기재 필름과 폴리비닐알코올계 필름의 적층 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 기재 필름과 폴리비닐알코올계 필름을 접착제 또는 점착제를 매개로 적층할 수도 있고, 별도의 매개물 없이 기재 필름상에 폴리비닐알코올계 필름을 얹어놓는 방식으로 적층할 수도 있다. 또한, 기재 필름을 형성하는 수지와 폴리비닐알코올계 필름을 형성하는 수지를 공압출하는 방법으로 수행되거나, 또는 기재 필름 상에 폴리비닐알코올계 수지를 코팅하는 방법으로 수행될 수도 있다.
한편, 상기 기재 필름은 연신이 완료된 후에 편광자로부터 이탈시켜 제거할 수도 있으나, 제거하지 않고, 다음 단계로 진행할 수도 있다. 이 경우, 상기 기재 필름은 후술할 편광자 보호 필름 등으로 사용될 수 있다.
다음으로, 세정 단계를 수행한다. 이때, 세정 단계는 바람직하게는 순수를 이용해 수행되며, 폴리비닐알코올계 필름에 잔류하는 가교 및 연신 용액을 제거하는 단계이다.
다음으로, 건조 단계를 수행한다.
상기 건조 단계는 당 기술분야에 알려져 있는 편광자의 건조 방법을 통해 수행될 수 있으며, 예를 들면, 폴리비닐알코올계 필름을 가열 롤에 통과하도록 하는 방법으로 수행될 수 있다.
한편, 상기 세정 후의 건조 단계 전에 폴리비닐알코올계 필름 표면의 수분을 제거하는 수절 단계를 추가로 포함할 수 있다. 보색 후 수분을 머금은 상태에서 바로 오븐 등의 건조를 수행하면 고온에 의해 수분이 빠르게 증발하면서 폴리비닐알코올계 필름의 수축이 일시적으로 급격하게 일어나 주름 및 넥인(neck-in) 등을 유발하므로, 이와 같은 문제를 방지하기 위해 세정 후 건조 단계 전에 수절 단계를 수행하는 것이 바람직하다. 수절 단계 수행 방법은 당 기술분야에 알려진 방법이 제한없이 채용될 수 있으며, 예를 들면, 글라스나이프, 3단 수절롤 등을 이용하여 수행될 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 상기 세정하는 단계와 상기 건조하는 단계 사이에 상기 폴리비닐알코올계 필름의 색을 보정하는 보색 단계를 추가로 포함할 수 있다.
다음으로, 건조 단계를 거친 폴리비닐알코올계 필름을 추가로 세정하는 단계(건조 후 세정 단계)를 수행한다. 이 단계는 전술한 바와 같이, 세정 단계를 거친 후에도 폴리비닐알코올계 필름의 표면에 잔류하는 염료 등의 이물을 제거하는 단계이며, 특히 편광자의 제조 방법이 보색 단계를 포함할 경우, 보색 단계에 의한 KI 등의 잔류 보색 용액 세척을 위한 단계이다. 구제적인 내용은 전술한 내용이 동일하게 적용되는 바 생략하기로 한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 편광자 제조방법은 필요에 따라, 추가의 단계를 포함할 수 있으며, 당 기술분야에 알려진 것이라면 제한없이 채용될 수 있다.
예를 들어, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 폴리비닐알코올계 필름의 적어도 일면에 광학층을 구비하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이때, 상기 광학층은 보호 필름 또는 위상차 필름과 같은 고분자 필름층일 수도 있고, 휘도향상필름과 같은 기능성 필름층일 수도 있으며, 하드 코팅층, 반사방지층, 점착층과 같은 기능성층일 수도 있다. 광학층을 구비하는 단계는 폴리비닐알코올계 필름의 마지막 세정 단계 이후에 수행하는 것이 바람직하다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 광학층은 보호 필름, 위상차 필름, 휘도향상필름, 하드코팅층, 반사방지층, 점착층, 접착층 또는 이들의 조합일 수 있다.
또 하나의 예로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 편광자 제조 방법은 염착 단계 이전에 폴리비닐알코올계 필름을 팽윤하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이 단계는 폴리비닐알코올계 필름의 불순물을 제거하고, 미연신된 필름을 팽윤시켜 연신 효율을 향상시키고 염색 불균일성도 방지하여 원하는 물성이 용이하게 구현될수 있도록 하기 위한 단계이다. 수행 방법은 당 기술분야에 알려진 방법으로 수행될 수 있으며, 예를 들어, 순수, 탈이온수 등을 포함하는 팽윤용 수용액에 침지시키는 방법으로 수행될 수 있다.
또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 편광자 제조방법은 박형 편광자 제조방법일 수 있으며, 구체적으로, 두께 10㎛ 이하의 편광자 제조방법일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태는 또한, 전술한 일 실시상태들에 따른 편광자 제조방법에 따라 제조된 편광자를 제공한다. 상기 편광자는 우수한 광특성을 보임과 동시에 표면에 이물이 제거됨으로써 외관도 양호하다는 장점이 있다.
구체적으로, 본 발명자들의 연구에 따르면, 상기 편광자는 건조 후 세정 단계 수행 전후의 단체투과도 변화가 0.2% 미만이고, 편광도 변화는 0.001% 미만인 이하이다380nm 내지 780nm 파장의 가시광선 영역의 빛에 대해 편광자의 단체 투과도, 편광 효율, 단체 색상 b값, 직교 색상 b값 등을 측정할 수 있으며, 측정 기계로는 분광광도계 Jasco V-7100를 이용하였다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 편광자는 박형 편광자일 수 있으며, 구체적으로, 두께 10㎛ 이하의 편광자일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 편광자의 단체 투과도는 40% 내지 50%이며, 보다 바람직하게는 41% 내지 47%이다.
또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 편광자의 편광도는 99% 이상이며, 바람직하게는 99.5% 이상, 보다 바람직하게는 99.9% 이상이다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태는 상기 편광자를 포함하는 편광판을 제공한다.
상기 편광판은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 편광자의 제조방법에 따라 제조된 편광자를 포함하는 것을 제외하고는 당 기술분야에 알려져 있는 구성요소 및 적층순서를 가질 수 있다.
예를 들어, 도 2와 같이, 폴리비닐알코올계 편광자(100)의 일면에 보호필름(102)이 접착층 또는 점착층(101)을 통하여 적층될 수 있다. 또 다른 예를 보면, 도 3과 같이, 폴리비닐알코올계 편광자(100)의 일면에 보호필름(102) 필름이 접착층 또는 점착층(101)을 통하여 적층될 수 있고, 편광자의 보호필름이 적층되지 않은 면에 하드코팅층(103)이 구비될 수 있다. 다만, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 편광판의 구성요소 및 적층순서는 도 2 및 도 3에 의하여 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태는 또한, 표시 패널; 및 상기 표시 패널의 일면 또는 양면에 부착되어 있는 전술한 실시상태에 따른 편광판을 포함하는 화상표시장치를 제공한다.
상기 표시 패널은 액정 패널, 플라즈마 패널 및 유기발광 패널일 수 있으며, 이에 따라, 상기 화상표시장치는 액정표시장치(LCD), 플라즈마 표시장치(PDP) 및 유기전계발광 표시장치(OLED)일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 화상표시장치는 액정 패널 및 이 액정 패널의 양면에 각각 구비된 편광판들을 포함하는 액정표시장치일 수 있으며, 이때, 상기 편광판 중 적어도 하나가 전술한 본 명세서의 일 실시상태에 따른 편광자를 포함하는 편광판일 수 있다.
이때, 상기 액정표시장치에 포함되는 액정 패널의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 그 종류에 제한되지 않고, TN(twisted nematic)형, STN(super twisted nematic)형, F(ferroelectic)형 또는 PD(polymer dispersed)형과 같은 수동 행렬 방식의 패널; 2단자형(two terminal) 또는 3단자형(three terminal)과 같은 능동행렬 방식의 패널; 횡전계형(IPS; In Plane Switching) 패널 및 수직배향형(VA; Vertical Alignment) 패널 등의 공지의 패널이 모두 적용될 수 있다. 또한, 액정표시장치를 구성하는 기타 구성, 예를 들면, 상부 및 하부 기판(예를 들어, 컬러 필터 기판 또는 어레이 기판) 등의 종류 역시 특별히 제한되지 않고, 이 분야에 공지되어 있는 구성이 제한없이 채용될 수 있다.
이하에서, 실시예를 통하여 본 명세서를 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 명세서를 예시하기 위한 것이며, 이에 의하여 본 명세서의 범위가 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
폴리비닐알코올(PVA) 필름(Kuraray 社 PS60) 60㎛를 상온 수조에 60초간 팽윤 시킨 후 이색성 염료(요오드:요오드화 칼륨 = 1:10) 4 중량%를 포함하는 수용액에 상기 폴리비닐알코올 필름을 침지시켜 염착 처리하였다. 이 후, 온도 60℃, 붕산 4 중량%를 포함하는 수용액에서 상기 폴리비닐알코올 필름을 자유단 연신에 의해 종 방향(MD)으로 6배의 연신 배율로 습식 연신하였다. 이 후, 요오드화 칼륨 4.5 중량%를 포함하는 수용액에 상기 폴리비닐알코올 필름을 침지시켜 보색 처리하였다.
다음으로, 상기 폴리비닐알코올 필름을 80℃ 오븐에서 3분간 건조한 후, 순수를 이용해 건조된 폴리비닐알코올 필름을 1초간 세정하여, 최종 편광자를 제조하였다.
상기 편광자 제조 조건을 정리하여 하기 표 1로 나타내었다.
수세/팽윤 염착 세정 연신 세정 보색 건조 세정
온도
(℃)
상온 상온 35 60 상온 상온 80 상온
붕산 농도
(wt%)
- - 0.5 3.8 - - - -
KI 농도
(wt%)
- 3 3 3 - 4.5 - -
요오드 농도
(ppm)
- 5.5 70 - - - - -
연신비
(%)
28 40 60 100 - - - -
<실시예 2>
폴리비닐알코올 필름을 5분간 건조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 편광자를 제조하였다.
<비교예 1>
폴리비닐알코올 필름을 20초간 건조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 편광자를 제조하였다.
<비교예 2>
폴리비닐알코올 필름을 1분간 건조한 후, 순수를 이용해 건조된 폴리비닐알코올 필름을 3초간 세정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 편광자를 제조하였다.
<비교예 3>
폴리비닐알코올 필름을 3분간 건조한 후, 순수를 이용해 건조된 폴리비닐알코올 필름을 3초간 세정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 편광자를 제조하였다.
<실험예 1>
상기 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 3에 따라 제조된 편광자 표면의 주름 발생 여부 및 광특성 저하 여부를 하기 표 2로 정리하였다. 표 2에서, 광특성 저하 여부와 관련하여, 단체투과도(Ts) 변화가 0.2% 이하이고, 편광효율(편광도, PE) 저하가 0.001% 이하인 경우, 광특성 저하 X로 표시하였다.
건조 시간 건조 후 세정 시간 편광자 표면 주름 발생 여부 광특성 저하 여부
실시예 1 3분 1초 X X
실시예 2 5분 1초 X X
비교예 1 20초 1초 O O
비교예 2 1분 3초 O O
비교예 3 3분 3초 O O
상기 표 2에서 볼 수 있듯이, 충분한 건조가 이루어진 후 단시간의 세정 단계를 수행할 경우, 광특성 저하없이 편광자 표면 왜곡 현상 개선 효과를 효율적으로 구현할 수 있다. 구체적으로, 실시예 1과 비교예 1을 비교해보면, 20초의 건조를 수행한 비교예 1의 경우, 충분한 건조가 이루어지지 않아, 세정 단계 수행시간이 동일함에도 불구하고, 편광자 표면에 주름이 발생하고 그로 인하여 광특성이 저하되었다. 또한, 실시예 1과 비교예 3을 비교해보면, 건조 후 세정 시간이 2초를 초과하는 비교예 3의 경우, 충분한 건조가 이루어졌음에도 불구하고, 편광자 표면에 주름이 발생하고, 광특성도 저하되었다. 결과적으로, 전술한 바와 같이, 건조 단계는 3분 이상 수행되고, 건조 후 세정 단계는 2초 이하로 수행되는 것이 바람직하다. 상기의 조건을 모두 만족하는 실시예 1 및 2의 경우, 편광자 표면에 주름이 발생하지 않았으며 광특성 저하 현상도 나타나지 않았다.
<실험예 2>
상기 실시예 1 내지 2 및 비교예 2 내지 3에 따라 제조된 편광자의 광 특성 변화의 정도를 보다 구체적으로 정리하여 하기 표 3으로 나타내었다. 참고로, 20초의 건조를 수행한 비교예 1의 경우, 편광자 표면의 주름 발생 정도가 심하여 광 특성을 별도로 측정하지 않았다.
건조 시간 건조 후 세정 시간 △Ts
(%)
△PE
(%)
△b
△cross b
실시예 1 3분 1초 -0.11 -0.0006 -0.43 -0.53
실시예 2 5분 1초 -0.01 0.0004 -0.12 -0.19
비교예 2 1분 3초 -0.75 -0.0040 -1.14 -1.35
비교예 3 3분 3초 -0.37 -0.0062 -0.83 -0.01
상기 표 3에서 △Ts는 건조 후 세정 단계를 수행하지 않은 편광자 대비 단체투과도 변화를 의미하며, △PE는 건조 후 세정 단계를 수행하지 않은 편광자 대비 편광 효율 변화를 의미하고, △b는 건조 후 세정 단계를 수행하지 않은 편광자 대비 단체 색상 값 변화를 의미한다. △ cross b 는 건조 후 세정 단계를 수행하지 않은 편광자 대비 직교 색상 값 변화를 의미한다.
상기 편광도(PE), 단체투과도, 단체 색상 값, 직교 색상 값은 모두 분광광도계 Jasco V-7100을 이용하여 측정되었으며, 편광도는 하기 식에 의해 정의된다.
편광도=[(Tp-Tc)/(Tp+Tc)]1/2
상기 식에 있어서, Tp는 두 장의 편광판을 흡수축이 평행한 상태로 배치하였을 경우 얻어지는 평행 투과도이고, Tc는 두 장의 편광판을 흡수축이 서로 직교가 되도록 배치하였을 경우 얻어지는 직교 투과도이다.
100: 편광자
101: 접착층 또는 점착층
102: 보호필름
103: 하드코팅층

Claims (10)

  1. 미연신 폴리비닐알코올계 필름에 요오드 및 이색성 염료 중 적어도 하나의 염료를 염착시키는 단계;
    상기 폴리비닐알코올계 필름을 연신하는 단계;
    상기 폴리비닐알코올계 필름을 세정하는 단계;
    상기 폴리비닐알코올계 필름을 건조하는 단계;
    상기 건조하는 단계 이후에 세정하는 단계; 및
    상기 연신하는 단계 전 또는 연신하는 단계 중에 상기 폴리비닐알코올계 필름과 상기 염료를 가교시키는 단계를 포함하는 편광자 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 세정하는 단계와 상기 건조하는 단계 사이에 상기 폴리비닐알코올계 필름의 색을 보정하는 보색 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 편광자 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 건조하는 단계 이후에 세정하는 단계는 2초 이하로 수행되는 것을 특징으로 하는 편광자 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 건조하는 단계는 3분 이상 수행되는 것을 특징으로 하는 편광자 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 건조하는 단계 이후에 세정하는 단계는 순수(純水)를 이용하는 것을 특징으로 하는 편광자 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 건조하는 단계 이후에 세정하는 단계 이후에 상기 폴리비닐알코올계 필름 표면의 수분을 제거하는 수절 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 편광자 제조방법.
  7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항의 제조방법에 따라 제조된 편광자.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 편광자는 건조 후 세정 단계 수행 전후의 단체투과도 변화가 0.2% 이하이고, 편광도 변화는 0.001% 이하인 것을 특징으로 하는 것인 편광자.
  9. 청구항 8에 따른 편광자를 포함하는 편광판.
  10. 표시 패널; 및
    상기 표시 패널의 일면 또는 양면에 부착되어 있는 청구항 9에 따른 편광판을 포함하는 화상표시장치.
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