KR20160111178A - 편광자의 제조 방법 - Google Patents

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KR20160111178A
KR20160111178A KR1020150035991A KR20150035991A KR20160111178A KR 20160111178 A KR20160111178 A KR 20160111178A KR 1020150035991 A KR1020150035991 A KR 1020150035991A KR 20150035991 A KR20150035991 A KR 20150035991A KR 20160111178 A KR20160111178 A KR 20160111178A
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Abstract

본 발명은 편광자의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 편광자 형성용 필름을 팽윤, 염색, 연신, 가교, 보색, 수세 및 건조하는 단계를 포함하며, 상기 보색 단계와 수세 단계 사이에 선-열처리 단계를 더 포함함으로써, I3 함유 착체를 보다 다량으로 포함하여 직교 b값이 높고, 염색 얼룩이 적으며, 개선된 편광도를 갖는 편광자를 제조할 수 있는 편광자의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

편광자의 제조 방법 {PREPARING METHOD FOR POLARIZER}
본 발명은 편광자의 제조 방법에 관한 것이다.
액정표시장치(LCD), 전계발광(EL) 표시장치, 플라즈마 표시장치(PDP), 전계방출 표시장치(FED), OLED 등과 같은 각종 화상표시장치에 사용되고 있는 편광판은 일반적으로 폴리비닐알콜계(polyvinyl alcohol, PVA) 필름에 요오드계 화합물 또는 이색성 편광물질이 흡착 배향된 편광자를 포함하며, 편광자의 한 면에는 편광자 보호필름이 순서대로 적층되어 있으며, 편광자의 다른 한 면에는 편광자 보호필름, 액정셀과 접합되는 점착제층과 이형필름이 순서대로 적층된 다층 구조를 갖는다.
이러한 구조의 편광판을 구성하는 편광자는 PVA계 필름을 팽윤, 염색, 연신, 가교, 세정 및 건조하는 복잡한 공정을 통하여 제조되는데, 상기 팽윤 단계에서는 물을 흡수하여 팽윤하게 되어 필름의 진행방향(MD) 및 상기 진행방향에 수직한 방향(TD)으로 주름을 발생시킨다. 이후에 발생된 주름은 위상차 얼룩 및 이색성 물질 함유량의 불균일을 유발하여 염색 얼룩이 나타나게 된다.
이러한 불균일에 의한 염색 얼룩은 투과율을 높이기 위하여 이색성 물질의 함유량을 감소시키는 경우 더욱 심화되어 시인성을 저해하는 요인이 되는 문제가 있다.
더욱이 최근에는 액정표시장치의 이용 분야가 확대되고 주변 기술이 진보하면서, 편광자의 성능에 대한 요구도 한층 더 엄격해지고 있는 실정이다. 구체적으로 고콘트라스트(고투과율 및 고편광도)이면서 동시에 얼룩 등이 적고, 색감이 우수한 편광자가 요구된다.
한국공개특허 제2009-82197호에는 편광자 보호필름, 편광판 및 화상 표시 장치가 개시되어 있으나, 상기 문제점에 대한 대안을 제시하지 못하였다.
한국공개특허 제2009-82197호
본 발명은 색감 및 편광도가 우수하고, 염색 얼룩을 줄일 수 있는 편광자의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 개선된 내열성을 가져 내열 조건에서 적변 현상 발생이 억제되며, 수축력이 낮은 편광자의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
1. 편광자 형성용 필름을 팽윤, 염색, 연신, 가교, 보색, 수세 및 건조하는 단계를 포함하며, 상기 보색 단계와 수세 단계 사이에 선-열처리 단계를 더 포함하는, 편광자의 제조 방법.
2. 위 1에 있어서, 상기 선-열처리 단계에서 단위 부피 5 내지 75cm3의 편광자 형성용 필름이 0.1 Kcal 내지 500 Kcal의 열량을 받도록 열처리를 수행하는, 편광자의 제조 방법.
3. 위 1에 있어서, 상기 선-열처리 단계는 편광자 형성용 필름에 적외선을 조사하여 수행하는, 편광자의 제조 방법.
4. 위 3에 있어서, 상기 적외선은 파장이 1㎛ 내지 5㎛인, 편광자의 제조 방법.
5. 위 1에 있어서, 상기 건조 단계는 단위 부피 5 내지 75cm3의 편광자 형성용 필름이 0.1 Kcal 내지 500 Kcal의 열량을 받도록 수행하는, 편광자의 제조 방법.
6. 위 5에 있어서, 상기 건조 단계에서 파장 1 내지 5㎛의 적외선을 조사하는, 편광자의 제조 방법.
7. 위 5에 있어서, 상기 건조 단계에서 편광자 형성용 필름의 표면 온도는 50 내지 100℃인, 편광자의 제조 방법.
8. 편광자 형성용 필름을 팽윤, 염색, 연신, 가교, 보색, 수세 및 건조하는 단계를 포함하며, 상기 보색 단계와 수세 단계 사이에 편광자 형성용 필름에 적외선을 조사하는 선-열처리 단계를 더 포함하고,
상기 선-열처리 단계 및 건조 단계는 각각 단위 부피 5 내지 75cm3의 편광자 형성용 필름이 0.1 Kcal 내지 500 Kcal의 열량을 받도록 파장 1 내지 5㎛의 적외선을 조사하여 수행되는, 편광자의 제조 방법.
본 발명은 I3 함유 착체를 보다 다량으로 포함하여 직교 b값이 높아 색감이 우수하고 염색 얼룩이 적으며, 개선된 편광도를 갖는 편광자를 제조할 수 있다. 또한, 이에 따라 제조시에 편광자 형성용 필름을 보다 충분히 수세할 수 있어, 잔존 이물이 적은 편광자를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은 I5 함유 착체를 다량으로 포함하여 개선된 내열성을 가져 내열 조건에서 적변 현상 발생이 억제되며, 수축력이 낮은 편광자를 제조할 수 있다.
본 발명은 편광자 형성용 필름을 팽윤, 염색, 연신, 가교, 보색, 수세 및 건조하는 단계를 포함하며, 상기 보색 단계와 수세 단계 사이에 선-열처리 단계를 더 포함함으로써, I3 함유 착체를 보다 다량으로 포함하여 직교 b값이 높고, 염색 얼룩이 적으며, 개선된 편광도를 갖는 편광자를 제조할 수 있는 편광자의 제조 방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하도록 한다.
본 발명의 편광자의 제조 방법은 편광자 형성용 필름을 팽윤, 염색, 연신, 가교, 보색, 수세 및 건조하는 단계를 포함하며, 보색 단계와 수세 단계 사이에 선-열처리 단계를 더 포함한다. 각 공정의 반복 횟수, 공정 조건 등은 본 발명의 목적을 벗어나지 않는 한 특별히 한정되지 않는다. 연신 단계는 독립적인 단계로 수행되거나, 팽윤, 염색 및 가교 단계 중 하나 이상의 단계와 동시에 수행될 수도 있다.
연신 방법은 대표적으로 건식 연신, 습식 연신, 또는 상기 두 종류의 연신 방법을 혼합한 하이브리드 연신 등을 들 수 있는데, 이하에서는 습식 연신, 그리고 연신을 각 단계 중에 동시에 수행하는 경우를 일례로 하여 본 발명의 편광자의 제조방법을 설명하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 단계들 중에서 선-열처리 및 건조 단계를 제외한 나머지 단계는 항온 수조(bath) 내에 편광자 형성용 필름을 침지한 상태에서 수행된다.
편광자 형성용 필름
편광자 형성용 필름은 이색성 물질, 즉 요오드 등에 의해 염색 가능한 필름이라면 그 종류가 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 폴리비닐알코올 필름, 부분적으로 검화된 폴리비닐알코올 필름; 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 에틸렌-아세트산 비닐 공중합체 필름, 에틸렌-비닐알코올 공중합체 필름, 셀룰로오스 필름, 이들의 부분적으로 검화된 필름 등과 같은 친수성 고분자 필름; 또는 탈수 처리된 폴리비닐알코올계 필름, 탈염산 처리된 폴리비닐알코올계 필름 등과 같은 폴리엔 배향 필름 등을 들 수 있다. 이들 중에서 면내에서 편광도의 균일성을 강화하는 효과가 우수할 뿐만 아니라 요오드에 대한 염색 친화성이 우수하다는 점에서 폴리비닐알코올계 필름이 바람직하다.
편광자 형성용 필름의 두께는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 5 내지 100㎛, 바람직하게는 20 내지 80㎛일 수 있다.
<팽윤 단계>
팽윤 단계는 미연신된 편광자 형성용 필름을 염색하기 이전에 팽윤용 수용액으로 채워진 팽윤조에 침지하여, 편광자 형성용 필름의 표면 상에 퇴적된 먼지나 블록킹 방지제와 같은 불순물을 제거하고 편광자 형성용 필름을 팽윤시켜 연신 효율을 향상시키고 염색 불균일성도 방지하여 편광자의 물성을 향상시키기 위한 단계이다.
팽윤용 수용액으로는 통상 물(순수, 탈이온수)을 단독으로 사용할 수 있으며, 여기에 소량의 글리세린 또는 요오드화칼륨을 첨가하는 경우 고분자 필름의 팽윤과 함께 가공성도 향상시킬 수 있다.
글리세린 및 요오드화칼륨의 함량은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 팽윤용 수용액 총 중량 중 각각 5중량% 이하, 10중량% 이하일 수 있다.
팽윤조의 온도는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 0 내지 60℃일 수 있고, 바람직하게는 10 내지 50℃일 수 있다. 팽윤조의 온도가 상기 범위 내인 경우, 이후에 연신 및 염색 효율이 우수하며, 과도한 팽윤에 의한 필름의 팽창을 방지할 수 있다.
<염색 단계>
염색 단계는 편광자 형성용 필름을 이색성 물질, 예를 들어 요오드를 포함하는 염색액으로 채워진 염색조에 침지시켜 편광자 형성용 필름에 요오드를 흡착시키는 단계이다.
염색액은 물, 수용성 유기용매 또는 이들의 혼합용매와 요오드를 더 포함할 수 있다. 요오드의 농도는 염색액 중 0.4 내지 400mmol/L일 수 있고, 바람직하게는 0.8 내지 275mmol/L, 보다 바람직하게는 1 내지 200mmol/L인 것이 좋다.
염색액은 염색 효율 개선을 위해 용해보조제로서 요오드화물을 더 포함할 수 있다.
요오드화물의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 요오드화칼륨, 요오드화 리튬, 요오드화 나트튬, 요오드화 아연, 요오드화 알루미늄, 요오드화 납, 요오드화 구리, 요오드화 바륨, 요오드화 칼슘, 요오드화 주석, 요오드화 티타늄 등을 들 수 있으며, 물에 대한 용해도가 크다는 점에서 요오드화칼륨이 바람직하다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 요오드화물의 함량은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 염색액 총 중량 중 0.01 내지 10중량%일 수 있으며, 바람직하게는 0.1 내지 5중량%인 것이 좋다.
본 발명의 염색 단계에 사용되는 염색액은 붕산 화합물을 더 포함할 수 있다. 상기 염색액은 붕산 화합물을 포함함으로써, 가교 반응의 수행 전 붕산 화합물의 체류 시간을 향상시켜 편광자 형성용 필름에 이색성 물질의 착제 형성율을 증가시킬 수 있다. 이에 따라 편광자의 색상 내구성을 향상시킬 수 있고, 편광도가 개선된다.
상기 염색액 내의 붕산 화합물의 농도는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들면 염색액 총 중량 중 0.1 내지 5중량%일 수 있으며, 바람직하게는 0.3 내지 3중량%인 것이 좋다. 염색액 내의 붕산 화합물의 농도가 0.1중량% 미만인 경우 요오드 착제 형성 증가의 효과가 저하되며, 5중량%를 초과하는 경우 응력 상승으로 인하여 절단이 발생할 수 있다.
상기 붕산 화합물의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 상기 붕산 화합물은 붕산, 붕산 나트륨, 붕산 포타슘 및 붕산 리튬 등을 들 수 있고, 바람직하게는 붕산일 수 있다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
염색조의 온도는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 5 내지 42℃일 수 있고, 바람직하게는 10 내지 35℃인 것이 좋다.
염색조에 편광자 형성용 필름을 침지하는 시간은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 1 내지 20분일 수 있고, 바람직하게는 2 내지 10분일 수 있다.
염색 단계와 함께 연신 단계가 수행될 수 있으며, 이 경우 연신비는 1.01 내지 2.0배일 수 있으며, 바람직하게는 1.1 내지 1.8배인 것이 좋다.
또한, 팽윤 및 연신 단계까지의 편광자의 누적 연신비는 1.2 내지 4.0배인 것이 바람직하다. 상기 누적 연신비가 1.2배 미만인 경우 필름에 주름이 발생할 수 있으며, 4.0배를 초과하는 경우 초기 광학 특성이 저하될 수 있다.
<가교 단계>
가교 단계는 물리적으로 흡착되어 있는 요오드 분자에 의한 염색성이 외부 환경에 의해 저하되지 않도록 염색된 편광자 형성용 필름을 가교액에 침지시켜 흡착된 요오드 분자를 고정시키는 단계이다.
본 발명의 가교 단계에 사용되는 가교액은 붕산 화합물을 포함한다. 상기 가교액은 붕산 화합물을 포함함으로써, 가교 효율을 향상시켜 공정 중 필름의 주름 발생을 억제하고, 이색성 물질의 배향을 형성하여 광학 특성을 향상시킬 수 있다.
이색성 염료는 내습 환경에서 용출되는 경우가 많지는 않으나 요오드는 가교반응이 불안정한 경우, 환경에 따라 요오드 분자가 용해 또는 승화되는 경우가 많아 충분한 가교반응이 요구된다.
본 발명에 따른 가교 단계는 제1 가교 단계 및 제2 가교 단계로 수행될 수 있으며, 상기 가교 단계 중 하나 이상의 단계에 사용되는 가교액에 붕산 화합물이 포함될 수 있다.
상기 가교액 내의 붕산 화합물의 농도는 1 내지 4.5중량%이며, 바람직하게는 1.5 내지 3.8중량%인 것이 좋다. 가교액 수 내의 붕산 화합물의 농도가 1중량% 미만이면 편광도가 저하되고, 4.5중량% 초과이면 수축력이 높아지는 문제점이 있다.
붕산 화합물은 염색 단계에서 사용한 것과 동일한 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 가교액은 용매로 사용되는 물 및 물과 함께 상호 용해 가능한 유기용매를 포함할 수 있으며, 편광자 면내에서의 편광도의 균일성 및 염착된 요오드의 탈착을 방지하기 위하여 소량의 요오드화칼륨을 더 포함할 수 있다.
상기 가교액 내의 요오드화칼륨의 농도는 1 내지 15중량%이며, 바람직하게는 5 내지 11중량%인 것이 좋다. 가교액 내의 요오드화칼륨의 농도가 1중량% 미만이면 편광도가 저하되고, 15중량% 초과이면 내열성이 저하되어 고온에서 장시간 노출시 적변 현상이 발생할 수 있다.
그 외에도 가교액은 본 발명의 목적을 해치지 않는 범위 내에서 전술한 요오드화물을 더 포함할 수 있다.
가교조의 온도는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들면 20 내지 70℃일 수 있고, 바람직하게는 40 내지 60℃인 것이 좋다.
가교조에 편광자 형성용 필름을 침지하는 시간은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 1초 내지 15분일 수 있으며, 바람직하게는 5초 내지 10분인 것이 좋다.
가교 단계와 함께 연신 단계가 수행 될 수 있으며, 이 경우 제1 가교 단계의 연신비는 1.4 내지 3.0배일 수 있으며, 바람직하게는 1.5 내지 2.5배인 것이 좋다. 또한, 제2 가교 단계의 연신비는 1.01 내지 2.0배일 수 있으며, 바람직하게는 1.2 내지 1.8배인 것이 좋다.
상기 제1 가교 단계 및 제2 가교 단계의 누적 연신비는 1.5 내지 5.0배일 수 있으며, 바람직하게는 1.7 내지 4.5배인 것이 좋다. 상기 누적 연신비가 1.5배 미만인 경우 가교 효율의 상승 효과가 미비할 수 있으며, 5.0배를 초과하는 경우 과도한 연신으로 인하여 필름의 파단이 발생할 수 있고 생산 효율성이 저하될 수 있다.
<보색 단계>
보색 단계는 가교 단계에서 부족한 요오드 분자를 추가적으로 고정시키는 단계이다.
본 발명의 보색 단계에 사용되는 보색액은 붕산 화합물을 포함한다. 상기 보색액은 붕산 화합물을 포함함으로써, 가교 효율을 향상시켜 공정 중 필름의 주름 발생을 억제하고, 이색성 물질의 배향을 형성하여 광학 특성을 향상시킬 수 있다.
이색성 염료는 내습 환경에서 용출되는 경우가 많지는 않으나 요오드는 가교반응이 불안정한 경우, 환경에 따라 요오드 분자가 용해 또는 승화되는 경우가 많아 충분한 가교반응이 요구된다.
상기 보색액 내의 붕산 화합물의 농도는 0.5 내지 3 중량%이며, 바람직하게는 1 내지 2.5 중량%인 것이 좋다. 보색액 내의 붕산 화합물의 농도가 0.5 중량% 미만이면 편광도가 저하되고, 3 중량% 초과이면 수축력이 높아지는 문제점이 있다.
붕산 화합물은 염색 단계에서 사용한 것과 동일한 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 보색액은 용매로 사용되는 물 및 물과 함께 상호 용해 가능한 유기용매를 포함할 수 있으며, 편광자 면내에서의 편광도의 균일성 및 염착된 요오드의 탈착을 방지하기 위하여 소량의 요오드화칼륨을 더 포함할 수 있다.
상기 보색액 내의 요오드화칼륨의 농도는 1 내지 15중량%이며, 바람직하게는 5 내지 11 중량%인 것이 좋다. 가교액 내의 요오드화칼륨의 농도가 1 중량% 미만이면 편광도가 저하되고, 15 중량% 초과이면 내열성이 저하되어 고온에서 장시간 노출시 적변 현상이 발생할 수 있다.
그 외에도 보색액은 본 발명의 목적을 해치지 않는 범위 내에서 전술한 요오드화물을 더 포함할 수 있다.
보색조의 온도는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들면 20 내지 70℃일 수 있고, 바람직하게는 40 내지 60℃인 것이 좋다.
보색조에 편광자 형성용 필름을 침지하는 시간은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 1초 내지 15분일 수 있으며, 바람직하게는 5초 내지 10분인 것이 좋다.
보색 단계와 함께 연신 단계가 수행 될 수 있으며, 이 경우 보색 단계의 연신비는 1 내지 1.15 배일 수 있으며, 바람직하게는 1.01 내지 1.1배인 것이 좋다.
상기 보색 단계 누적 연신비는 1.5 내지 7 배일 수 있으며, 바람직하게는 1.7 내지 6 배인 것이 좋다. 상기 누적 연신비가 1.5배 미만인 경우 가교 효율의 상승 효과가 미비할 수 있으며, 7 배를 초과하는 경우 과도한 연신으로 인하여 필름의 파단이 발생할 수 있고 생산 효율성이 저하될 수 있다.
<선-열처리 단계>
선-열처리 단계는 보색 단계와 수세 단계 사이에 수행된다.
선-열처리 단계는 추가적인 붕산의 가교를 더욱 촉진(고분자의 분자 내 가교 증가)하여, 편광자 형성용 필름 내에 요오드 착체 공간 형성을 증가시켜 편광자 형성용 필름의 고분자(예를 들면, 폴리비닐알코올)-I3 착체량을 증가시킬 수 있는 단계이다. 이에 따라, 직교 b 값을 향상시켜 색상을 개선하고, 염색 얼룩을 억제하며, 편광도도 개선할 수 있다. 후술할 수세 단계에서의 수세 마진도 확보할 수 있는데, 이에 대해서는 구체적으로 후술하도록 한다.
선-열처리 단계에서의 가열 방법은 특별히 한정되지 않고, 자연 건조, 가열 건조, 마이크로파 건조, 열풍 건조, 적외선 등의 공지된 방법을 사용할 수 있으나, 적외선을 조사하여 수행하는 것이 상기 가교 촉진에 의한 색상, 염색 얼룩, 편광도 등의 개선의 측면에서 바람직하다.
선-열처리 단계는 예를 들면 단위 부피 5 내지 75cm3의 편광자 형성용 필름이 0.1 Kcal 내지 500 Kcal의 열량을 받도록 수행될 수 있다. 상기 단위 부피의 편광자 형성용 필름이 받는 열량이 0.1 Kcal 미만이면 붕산 가교 향상 및 색상 개선 효과가 미미할 수 있고, 500 Kcal 초과이면 편광자 형성용 필름의 황변을 유발할 수 있다. 상기 편광자 형성용 필름이 받는 열량은 열처리 온도, 열원으로부터의 거리, 출력, 열원 파장, 열처리 시간 등을 변경함으로써 조절할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
선-열처리 단계의 수행 시간은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 0.1분 내지 10분, 바람직하게는 0.1분 내지 5분, 보다 바람직하게는 0.1분 내지 1분일 수 있다.
선-열처리 단계를 적외선을 조사하여 수행하는 경우, 적외선의 파장은 1 내지 5㎛일 수 있다. 적외선의 파장이 1㎛ 미만이면 붕산 가교 향상 및 색상 개선 효과가 미미하고, 5㎛ 초과이면 편광자 형성용 필름의 황변을 유발할 수 있다. 붕산 가교 향상 효과 및 황변 억제의 측면에서 보다 바람직하게는 1.5 내지 3㎛일 수 있다.
<수세 단계>
수세 단계는 가교와 연신이 완료된 편광자 형성용 필름을 수세용 수용액으로 채워진 수세조에 침지시켜 이전 단계들에서 편광자 형성용 필름에 부착된 붕산과 같은 불필요한 잔류물을 제거하는 단계이다.
수세용 수용액은 물(탈이온수)일 수 있으며, 여기에 요오드화물이 더 첨가될 수도 있다. 요오드화물로는 염색 단계에서 사용된 것과 동일한 것을 사용할 수 있으며, 이들 중에서 요오드화나트륨 또는 요오드화칼륨을 사용하는 것이 바람직하다. 요오드화물의 함량은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 수세용 수용액 총 중량 중 0.1 내지 10중량부일 수 있으며, 바람직하게는 3 내지 8중량부일 수 있다.
수세조의 온도는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 5 내지 60℃일 수 있고, 바람직하게는 8 내지 40℃일 수 있다.
편광자 형성용 필름이 장시간 물에 노출되면, 고분자(예를 들면, 폴리비닐알코올)-I3 착체가 고분자-I5 착체로 과다하게 전환될 수 있고, 이에 따라 직교 b값 저하 및 색상 변화 등의 문제가 발생할 수 있다. 이에, 통상 편광자 제조시에는 I3 함유 착체의 손실을 줄이기 위해 짧은 시간 내에 수세가 이루어져, 수세 후에도 편광자 형성용 필름 상에 이물이 잔존하는 경우가 있었다.
그러나, 본 발명의 편광자 제조 방법의 경우 전술한 선-열처리에 의해 I3 함유 착체량이 증가되어, 종래에 비해 편광자 형성용 필름을 보다 충분히 수세할 수 있다. 이에 따라, 보다 적은 양의 이물을 갖는 편광자를 제조할 수 있다.
수세 단계는 염색 단계, 가교 단계 또는 연신 단계와 같은 이전 단계들이 완료될 때마다 수행될 수도 있다. 또한, 1회 이상 반복될 수도 있으며, 그 반복 횟수는 특별히 제한되지 않는다.
<건조 단계>
건조 단계는 수세된 편광자 형성용 필름을 건조함과 동시에 염착된 요오드 분자의 배향을 보다 향상시켜 광학특성을 우수하게 하고, 내구성을 부여하는 공정이다.
건조 단계에서의 가열 방법은 특별히 한정되지 않고, 자연 건조, 가열 건조, 마이크로파 건조, 열풍 건조, 적외선 등의 공지된 방법을 사용할 수 있으나, 바람직하게는 가열 하에 적외선을 조사하며 수행할 수 있다.
적외선을 조사하는 경우, 추가적인 붕산의 가교를 더욱 촉진(고분자의 분자간 가교 증가)할 수 있으며, 그에 따라 편광자 형성용 필름 내에 요오드 착체 공간 형성을 증가시켜 편광자 형성용 필름의 고분자(예를 들면, 폴리비닐알코올)-I5 착체량을 증가시킬 수 있는 효과를 나타낼 수 있다. 이에 따라, 내열신뢰성이 개선되어 내열 조건에서의 적변 발생을 개선 할 수 있다.
또한, 편광자 제조 시에 수행되는 연신에 의해 발생된 필름의 내부 응력을 해소 효과를 극대화함으로써, 편광자의 수축력을 낮추며 내구성을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예로서, 적외선의 파장은 1 내지 5㎛일 수 있다. 적외선의 파장이 1㎛ 미만이면 붕산 가교 향상 및 색상 개선 효과가 미미하고, 5㎛ 초과이면 편광자 형성용 필름의 황변을 유발할 수 있다. 붕산 가교 향상 효과 및 황변 억제의 측면에서 보다 바람직하게는 1.5 내지 3㎛일 수 있다.
건조 단계는 예를 들면 단위 부피 5 내지 75cm3의 편광자 형성용 필름이 0.1 Kcal 내지 500 Kcal의 열량을 받도록 수행될 수 있다. 상기 단위 부피의 편광자 형성용 필름이 받는 열량이 0.1 Kcal 미만이면 붕산 가교 향상 및 색상 개선 효과가 미미할 수 있고, 500 Kcal 초과이면 편광자 형성용 필름의 황변을 유발할 수 있다. 상기 편광자 형성용 필름이 받는 열량은 열처리 온도, 열원으로부터의 거리, 출력, 열원 파장, 열처리 시간 등을 변경함으로써 조절할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
건조 단계의 처리 온도는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 60 내지 120℃일 수 있다. 건조 단계는 예를 들면 30초 내지 5분 동안 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
건조되는 편광자 형성용 필름의 표면 온도는 내부응력을 최대한으로 해소할 수 있는 온도가 바람직하며, 예로 들면 50 내지 100℃일 수 있다. 상기 범위에서 필름 고분자의 열화를 방지함과 동시에 내부 응력 감소 효과를 더욱 우수하게 할 수 있다. 필름의 온도가 50℃ 미만이면 내부 응력 해소 효과가 미미할 수도 있고, 100℃ 이상인 경우에는 필름이 열화될 수도 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예 1
가로 및 세로 100cm, 두께 30㎛, 검화도가 99.9% 이상인 투명한 미연신 폴리비닐알코올 필름(PE60, 평균 중합도 2400, KURARAY사)을 25℃의 물(탈이온수)에서 1분 20초 동안 침지하여 팽윤시킨 후 요오드 1.25 mM/L와 요오드화칼륨 1.25중량%, 붕산 0.3 중량%가 함유된 30℃의 염색용 수용액에 2분 30초 동안 침지하여 염색하였다. 이때, 팽윤 및 염색 단계에서 각각 1.56배, 1.64배의 연신비로 연신하여 염색조까지의 누적 연신비가 2.56배가 되도록 연신하였다.
이어서, 요오드화칼륨 11중량%, 붕산 2중량%가 함유된 59℃의 가교용 수용액에 26초 동안 침지(제1 가교 단계)하여 가교시키면서, 1.7배의 연신비로 연신하였다. 이후에, 요오드화칼륨 11중량%, 붕산 2중량%가 함유된 59℃의 가교용 수용액에 20초 동안 침지(제2 가교 단계)하여 가교시키면서 1.34배의 연신비로 연신하였다. 이어서 보색 단계에서 요오드화칼륨 5 중량%, 붕산 1중량%가 함유된 50℃의 보색용 수용액에 10초를 침지하면서, 1.01배 연신하였다. 이때, 팽윤, 염색 및 가교, 보색 단계의 총 누적 연신비가 6배가 되도록 하였다.
보색 단계가 완료된 후 선-열처리를 수행하였고, 선-열처리 종료 후 6℃ 수용액에서 7초 수세를 진행하여 편광자 표면에 묻은 이물을 제거하였다. 수세가 완료된 후 편광자를 건조를 수행하여 저수축 편광자를 제조하였다.
원적외선(IR) 히터로는 Heraeus사 Twin Tube 투명 석영 글라스제 적외선히터를 사용하였고, Fast Response Medium wave(1.5 um 램프)와 Medium wave(2.5 um 램프)의 파장을 사용하였다.
실시예 2 내지 16 및 비교예 1 내지 5
하기 표 1에 도시된 선-열처리 및 건조 조건을 변경한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 편광자를 제조하였다.
구분 선-열처리 건조
열량 (Kcal) 적외선 열풍 열량
(Kcal)		 적외선 열풍 필름 표면 온도(℃)
시간
(분)		 파장
(㎛)		 열풍온도
(℃)		 시간
(분)		 건조로 온도 (℃) 시간
(분)		 적외선 파장
(㎛)		 열풍 온도
(℃)		 시간
(분)
실시예1 0.1 0.3 2.5 - - 200 - - - 95 5 90
실시예2 10 0.3 2.5 - - 200 - - - 95 5 90
실시예3 50 0.3 2.5 - - 200 - - - 95 5 90
실시예4 100 0.3 2.5 - - 200 - - - 95 5 90
실시예5 250 0.3 2.5 - - 200 - - - 95 5 90
실시예6 500 0.3 2.5 - - 200 - - - 95 5 90
실시예7 100 0.3 1.5 - - 200 - - - 95 5 90
실시예8 100 0.3 1.5 - - 200 90 1 1.5 - - 88
실시예9 100 0.3 1.5 - - 300 98 1 1.5 - - 95
실시예10 100 0.3 1.5 - - 500 106 1 1.5 - - 100
실시예11 200 - - 105 0.5 200 - - - 95 5 90
실시예12 200 - - 105 0.5 200 90 1 1.5 - - 88
실시예13 0.05 0.3 2.5 - - 200 - - - 95 5 90
실시예14 600 4 2.5 - - 200 - - - 95 5 90
실시예15 500 6 2.5 - - 200 - - - 95 5 90
실시예16 100 0.3 2.5 - - 500 87 6 1.5 - - 84
비교예1 - - - - - 200 - - - 95 5 90
비교예2 - - - - - 350 - - - 100 5 94
비교예3 - - - - - 200 90 1 1.5 - - 88
비교예4 - - - - - 300 98 1 1.5 - - 95
비교예5 - - - - - 600 - - - 100 7 96
실험예
1. 투과율 및 직교b 측정
실시예 및 비교예에서 제조된 편광자를 4㎝×4㎝ 크기로 절단한 후, 자외가시광선 분광계(V-7100, JASC사)로 투과율과 직교b를 측정하였다.
통상 직교b 값이 -1.0 이하인 경우 염색 얼룩이 관찰된다.
2. 편광도 측정
실시예 및 비교예에서 제조된 편광자를 4㎝×4㎝ 크기로 절단한 후, 자외가시광선 분광계(V-7100, JASC사)로 투과율을 측정하였다. 이때, 편광도는 하기 수학식 1로 정의된다.
[수학식 1]
편광도(P) = [(T1 - T2) / (T1 + T2)]1/2
(식 중, T1은 한 쌍의 편광자를 흡수축이 평행한 상태로 배치하였을 경우 얻어지는 평행 투과율이고, T2는 한 쌍의 편광자를 흡수축이 직교하는 상태로 배치하였을 경우 얻어지는 직교 투과율임).
참고로, 편광도는 0.001 정도의 차이도 콘트라스트 비에 큰 영향을 줌을 유의할 필요가 있다. 편광도는 99.990 미만이 되면 콘트라스트비가 저하되어 리얼 블랙(real black)의 구현이 어려워진다.
3. A700 측정
실시예 및 비교예에서 제조된 편광자의 하기 수학식 2로 정의되는 A700을 측정하였다.
[수학식 2]
A700 = - Log10{(TMD ,700×TTD ,700)/10000}
(식 중, TMD ,700은 한 쌍의 편광판을 흡수축이 평행한 상태로 배치하였을 때 얻어지는 700nm 파장에서의 평행 투과율이고, TTD ,700은 한 쌍의 편광판을 흡수축이 직교하는 상태로 배치하였을 때 얻어지는 700nm 파장에서의 직교 투과율임)
4. 수축력 측정
실시예 및 비교예에서 제조된 편광자를 3.0㎝×2mm 크기로 절단한 후, DMA Q800(Dynamic mechanical analyzer, TA사)로 수축력을 측정하였다. 이때, 측정 전 편광자를 팽팽한 상태로 유지하기 위해 최소한의 Pre-load를 사용하여 측정하였다.
5. 황변 발생 여부 확인
실시예 및 비교예에서 제조된 편광자를 육안으로 관찰하여, 황변 발생 여부를 확인하였다.
○: 황변이 발생하지 않음
△: 편광자 일부 영역에 황변이 발생함
X: 편광자 전역에 걸쳐 황변이 발생함
구분 투과율
(%)		 직교 b* 편광도
(%)		 A700
(PVA-I5 착체양)		 수축력
(N)		 황변
실시예1 43.1 -0.8 99.991 4.12 3.9 ○
실시예2 43.1 -0.7 99.992 4.15 3.8 ○
실시예3 43.0 -0.6 99.994 4.09 3.8 ○
실시예4 43.2 -0.3 99.996 4.02 3.7 ○
실시예5 43.1 -0.1 99.997 3.99 3.7 ○
실시예6 43.0 -0.1 99.997 4.02 3.7 ○
실시예7 43.0 -0.3 99.996 4.11 3.6 ○
실시예8 43.1 -0.2 99.996 4.23 2.9 ○
실시예9 42.9 -0.3 99.995 4.32 2.5 ○
실시예10 43.0 -0.4 99.995 4.40 2.4 ○
실시예11 43.0 -0.7 99.994 4.04 3.8 ○
실시예12 42.9 -0.7 99.994 4.11 3.0 ○
실시예13 43.0 -0.9 99.990 4.01 4.1 ○
실시예14 43.6 0.1 99.990 4.11 3.7 △
실시예15 42.9 -0.7 99.994 4.09 4.0 ○
실시예16 43.0 -0.3 99.994 4.14 3.3 ○
비교예1 43.1 -1.5 99.981 4.04 4.4 ○
비교예2 43.0 -1.3 99.983 3.88 3.8 ○
비교예3 43.0 -1.2 99.990 4.25 2.8 ○
비교예4 43.1 -1.7 99.978 4.43 2.5 ○
비교예5 43.6 -1.2 99.965 4.25 2.5 X
상기 표 2를 참조하면, 실시예의 편광자는 직교 b값이 높고 염색 얼룩이 발생하지 않았으며 편광도가 높았다. 그리고 특히, 건조 단계에서 적외선 조사를 수행한 실시예 8, 9, 10 및 12의 경우 A700값이 크고 편광자의 수축력이 낮은 것을 확인하였다.
그러나, 비교예의 편광자는 직교 b값이 낮아 염색 얼룩이 발생하였다.

Claims (8)

  1. 편광자 형성용 필름을 팽윤, 염색, 연신, 가교, 보색, 수세 및 건조하는 단계를 포함하며, 상기 보색 단계와 수세 단계 사이에 선-열처리 단계를 더 포함하는, 편광자의 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 선-열처리 단계에서 단위 부피 5 내지 75cm3의 편광자 형성용 필름이 0.1 Kcal 내지 500 Kcal의 열량을 받도록 열처리를 수행하는, 편광자의 제조 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 선-열처리 단계는 편광자 형성용 필름에 적외선을 조사하여 수행하는, 편광자의 제조 방법.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 적외선은 파장이 1㎛ 내지 5㎛인, 편광자의 제조 방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 건조 단계는 단위 부피 5 내지 75cm3의 편광자 형성용 필름이 0.1 Kcal 내지 500 Kcal의 열량을 받도록 수행하는, 편광자의 제조 방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 건조 단계에서 파장 1 내지 5㎛의 적외선을 조사하는, 편광자의 제조 방법.
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 건조 단계에서 편광자 형성용 필름의 표면 온도는 50 내지 100℃인, 편광자의 제조 방법.
  8. 편광자 형성용 필름을 팽윤, 염색, 연신, 가교, 보색, 수세 및 건조하는 단계를 포함하며, 상기 보색 단계와 수세 단계 사이에 편광자 형성용 필름에 적외선을 조사하는 선-열처리 단계를 더 포함하고,
    상기 선-열처리 단계 및 건조 단계는 각각 단위 부피 5 내지 75cm3의 편광자 형성용 필름이 0.1 Kcal 내지 500 Kcal의 열량을 받도록 파장 1 내지 5㎛의 적외선을 조사하여 수행되는, 편광자의 제조 방법.
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